泛素连接酶骨架蛋白CUL4B在髓源抑制性细胞调控中的作用及其机制

CUL4B is a scaffold protein that forms the Cullin 4B-RING E3 ligase complex (CRL4B). Our previous studies show that loss-of-function mutations in CUL4B gene lead to developmental defects in human and mice. Moreover, we demonstrated that CUL4B is frequently overexpressed in various types of solid tumors and possesses a potent oncogenic property by transcriptionally repressing tumor suppressors. Unexpectedly, we recently found that lack of CUL4B in hematopoietic system leads to accelerated growth of tumor xenografts and enhanced accumulation of MDSCs, suggesting that CUL4B limits the aberrant accumulation of MDSCs during tumor progression. To test this hypothesis, we will generate myeloid-specific Cul4b-deficient mice to investigate the effects of CUL4B deficiency on tumor progression as well as aberrant accumulation and activation of MDSCs. We will also investigate the molecular mechanisms, and identify the target genes of CUL4B involved in regulation of MDSCs. This can help understand biological function of CUL4B in tumorigenesis.

CUL4B是泛素连接酶复合物的骨架蛋白，我们的前期研究发现CUL4B丧失功能突变导致人类发育异常和小鼠胚胎致死。另一方面，CUL4B作为重要的表观调控因子，通过单泛素化H2AK119、协同多种转录抑制复合物调控包括p16, PTEN，p21等在内的抑癌基因表达，在肿瘤发生发展中发挥重要作用。最近，我们意外发现，敲除宿主血液系统Cul4b基因显著促进皮下接种的移植瘤生长，并伴随MDSC显著增多，提示CUL4B在肿瘤微环境中发挥限制MDSC扩增的作用。为此，本课题将在构建髓系细胞特异性Cul4b基因敲除小鼠模型的基础上，分析敲除宿主髓系细胞Cul4b基因对肿瘤生长和转移以及MDSC扩展和活化的影响及其作用机制，发现CUL4B调控MDSC的关键分子及其调控机制，并分析CUL4B及其调控的靶分子的表达与肿瘤演进、转移等表型的相关性，为理解CUL4B在肿瘤发生发展和诊治中的作用提供依据。

CUL4B是泛素连接酶复合物CRL4B的骨架蛋白，我们的前期研究发现CUL4B丧失功能突变导致人类和小鼠发育异常。敲除小鼠血液系统Cul4b导致髓源抑制细胞（MDSCs）扩增和免疫抑制功能增强。为明确CUL4B在调控髓系细胞功能中的作用，我们首先建立了髓系细胞特异性敲除Cul4b小鼠（简称MKO），利用该小鼠模型分析了CUL4B在调控MDSC功能和TLR介导的天然免疫反应中的作用，取得了如下结果：在CUL4B调控MDSC功能研究方面，1）通过移植瘤实验分析发现，敲除髓系细胞Cul4b促进移植瘤生长；2）MDSC与肿瘤细胞共注射到野生型小鼠发现来自敲除小鼠的MDSC具有更强的促进肿瘤生长和转移作用；3）与来自敲除小鼠的MDSC共培养或MDSC条件培养基处理的肿瘤细胞在小鼠体内形成肿瘤和转移的能力显著增强，而且增加的肿瘤形成和转移能力是通过增加肿瘤细胞干性实现的；4）敲除Cul4b导致MDSC分泌更多的IL-6，利用中和抗体处理可以有效阻止MKO小鼠MDSC的促瘤作用；5）增加的IL-6通过IL-6/STAT3信号通路促进肿瘤细胞干性，敲除或抑制STAT3也能有效阻止MKO小鼠MDSC的促瘤作用；6）CUL4B复合物结合到IL-6启动子区域、催化组蛋白H2AK119单泛素化进而抑制IL-6转录。以上结果说明CUL4B通过转录抑制IL－6表达而调控MDSC的促瘤能力。在CUL4B调控TLR介导的天然免疫反应方面，1）发现缺失Cul4b的巨噬细胞在LPS刺激下产生更多的促炎因子；2）利用内毒素休克模型发现MKO小鼠产生更多的促炎因子和生存能力明显降低，沙门氏菌感染模型也证实CUL4B负调控TLR4介导的免疫反应；3）机制分析发现敲除Cul4b导致GSK3beta活性增强，利用GSK3beta抑制剂能够拯救敲除小鼠表型；4） 敲除髓系细胞Cul4b也增强TLR3和TLR2介导的免疫反应，但不影响TLR7/8介导的免疫反应； 5）敲除髓系细胞Cul4b导致NF-kB介导的促炎因子产生增加、CREB介导的抗炎因子产生减少； 6）缺失Cul4b导致Pten表达上调进而增加GSK3beta活性； 7） CUL4B复合物结合在Pten启动子区域、通过催化H2AK119单泛素化发挥转录抑制作用。以上结果说明CUL4B通过抑制Pten 转录而负调控TLR4/3/2介导的炎症反应。