PML小体通过端粒延长替代通路调控前列腺癌增殖的机制研究

Prostate cancer is a common malignant tumor in men. Current therapy strategies based on surgery or drugs are always coupled with drug resistance, so now it is urgent to develop novel therapies for prostate cancer treatment by targeting new signaling pathways. Recently one subset of metastatic prostate cancer with ATRX mutation and active alternative lengthening of telomeres (ALT) has been identified. ALT is required for maintenance of telomere and unlimited proliferation in cells without telomerase activity. ALT is closely related to the occurrence of ALT associated PML bodies (APB). In this study, we are going to establish a prostate cancer cell model with active ALT (ALT+) by inactivation of ATRX. We will investigate the function of PML bodies in ALT by testing a series of ALT associated markers. We will further study the effect of PML deficiency on telomere maintenance, chromosome stability and proliferation in ALT+ prostate cells. Finally we plan to test the efficacy of drugs targeting PML bodies to suppress ALT+ prostate cancer. Our work may pave the way for the development of targeted therapy for a subset of lethal metastatic ALT+ prostate cancer.

前列腺癌是男性常见的恶性肿瘤。现有的手术或药物去势等治疗方案最终大都会引发肿瘤的抗药性,目前亟待需要通过研究新的信号通路来探索更多的治疗方案。最新发现在转移性前列腺癌中存在一类ATRX缺失而端粒延长替代通路激活(ALT+)的前列腺癌亚型。在无端粒酶活性的癌细胞中ALT通路对于端粒的维持和细胞无限增殖非常重要,而ALT相关的PML小体的形成与ALT通路的发生紧密相关。本研究拟利用敲除ATRX建立ALT通路激活的前列腺癌细胞系模型,并通过检测各个ALT相关生物学标志,来确定PML小体在ALT通路中的作用机制,进而研究PML小体缺失对于端粒维持,染色体稳定性以及细胞增殖的影响,最后我们将以PML小体作为药物靶点，探索通过阻断ALT通路来抑制ALT+前列腺癌增殖的可能性。本工作有望为前列腺癌的精准靶向治疗提供理论基础

肿瘤的无限增殖依赖端粒维持机制的激活，大部分肿瘤会激活端粒酶，而仍有一部分肿瘤并没有端粒酶的活性，而是通过同源重组的方式来实现端粒的延伸，我们称为端粒延长替代通路（Alternative Lengthening of Telomeres, ALT）。ALT通路作为癌细胞中端粒维持的机制，有望成为肿瘤治疗的靶点。在ALT+肿瘤中，PML小体与端粒共定位形成的 APBs（ALT-associated PML bodies）对于ALT通路非常重要，但是目前依然不清楚PML小体对于端粒维持是否必须，它是否可以作为靶点蛋白来阻断ALT通路。. 本项目对PML小体在ALT通路中的作用和ALT通路的调控机制进行研究，探讨了使用三氧化二砷（arsenic trioxide，ATO）靶向PML抑制ALT通路的机制。我们发现PML对于ALT+细胞的端粒维持是必须的，在敲除PML后，ALT+细胞的端粒明显变短，细胞增殖变慢，但是细胞并不会出现快速死亡，这暗示细胞可能还存在PML不依赖的通路维持ALT+肿瘤中短的端粒。我们还发现SUMO化修饰调控蛋白RNF4和SENP6参与调控ALT通路的水平，其中RNF4通过定位到PML小体上抑制ALT通路的信号，而SENP6可以特异地定位到APBs上，可能通过负反馈的机制维持ALT通路的平衡；最后我们发现三氧化二砷可能通过两种方式来抑制ALT通路的信号，短时间的ATO处理造成PML过度SUMO化和蛋白聚集，进而快速地抑制ALT通路的DNA合成，而长时间ATO处理造成PML的降解，进而持久地抑制ALT通路。. 本项目证实了PML小体对于ALT通路的关键作用，发现了SUMO化修饰蛋白RNF4和SENP6在ALT通路中的调控作用，揭示了ATO靶向PML小体阻断ALT的分子机制，这为未来从药物联合的角度开发特异靶向ALT通路的方法提供重要的理论基础。