HBx-Spindlin1互作在表观遗传水平调控肝癌发生发展的分子机制研究

China is the high incidence area of hepatocacinoma (HCC). Epigenetic regulation playes an important role in the occurrence and development of HCC. Studies have shown that histone reader Spindlin1 can antagonize the replication of hepatitis B virus (HBV) covalently closed circular DNA (cccDNA). Interaction of Hepetic B virus X regulatory protein (HBx) with Spindlin1 protein resists host antiviral effect, although the exact mechanism is not yet clear. Our project aims at deciphering the role and molecular mechanisms of the interaction between HBx and Spindlin1 in the HBV replication and in the occurrence and development of HBV-associated hepatocarcinogenesis, using the methods of epigenetics, structrural biology, cellular biology and oncopathology etc. In this project, the more in-depth data support of interaction beween Spindlin1 and HBx in structural biology will be explored. The expression in HCC and biological impacts of Spindlin1 will be investigated. The mechanism of Spindlin1-HBx interation on transcriptional repression of cccDNA will be analyzed. The mechanism, simultaneous recognition of H3K4me3 and H3R8 dimethylation of Spindlin1, leading to regulate gene silence and activation in HBx-induced cancer pathway will be identified. Disigns and tests of small molecular inhibitors based on the structure of Spindlin1 also will be performed. We hope to find novel molecular mechanisms, and candidate drugs for HCC diagnosis and targeting therapy.

中国是肝癌的高发国家，表观遗传调控在肝癌发生、发展中起重要作用。研究显示组蛋白阅读器Spindlin1可以拮抗乙肝环状闭合病毒cccDNA的复制，乙肝病毒X蛋白(HBx)与之结合能够抵御宿主抗病毒效应，但具体机制尚不清晰。本项目拟通过表观遗传学、结构生物学、细胞生物学、肿瘤病理学等各种手段，研究HBx与Spindlin1互作，表观遗传调控乙肝病毒复制、乙肝相关肝癌发生发展的分子机制。项目组将探索Spindlin1与HBx相互结合更为深入的结构学数据支持；判断Spindlin1在肝癌的表达及生物学影响；分析Spindlin1-HBx互作对于cccDNA转录抑制的分子机制；揭示Spindlin1同时识别H3K4me3及H3R8me2的机制对于调控肝癌癌症信号通路中基因沉默与激活的作用；设计并验证基于Spindlin1结构的小分子抑制剂。期待本研究为肝癌的发病机制及靶向治疗提供理论依据。

Spindlin1，又名Spin1，定位于细胞核，是一种纺锤体相关蛋白，在维持染色体稳定性的过程中发挥了重要的功能。报道指出，Spindlin1参与细胞减数分裂调控；作为促癌因子，在很多恶性肿瘤组织中高表达；Spindlin1与组蛋白H3K4me3特异性结合；Spindlin1与HBx有特异性结合，并在乙肝病毒HBV复制过程中起着对抗内源性HBV复制的功能。基于上述背景，探索Spindlin1参与HBV复制及肿瘤发生的表观遗传调控机制是本课题研究的目标所在。..本课题主要研究了：1）Spindlin1作为阅读器所识别的组蛋白修饰模式，其与修饰之间的作用机制及其在细胞生命活动中的调控作用。2）Spindlin1 组蛋白识别负调控因子SPIN·DOC抑制Spindlin1 组蛋白识别功能的作用机制。3）Spindlin1表观遗传调控HBV复制的分子机制。4）Spindlin1在肠癌发生发展中的作用及其机制。..项目研究获得了以下结果：1）确认了Spindlin1识别H3K4me3-K9me3/2双甲基化模式，分析了Spindlin1参与调控细胞分化过程的机制。该研究成果发表于JBC杂志。2）探究了Spindlin抑制剂SPIN·DOC抑制Spindlin1 组蛋白识别功能的作用机制，该研究成果发表于bioRxiv杂志。3）探索了HBV复制和扩散所必须的蛋白，即HBx蛋白，与Spindlin1蛋白相结合的机制及复合物分子结构，并分析了HBx-Spindlin1互作在调控HBV基因转录过程中发挥作用的机制。目前该研究结果处于投稿准备中。4）探索了Spindlin1对于肠癌发生发展的表型及其作用机制。目前该研究结果已接近实验后期，期待尽快投稿。..本课题首次提出了以下关键研究数据：1）Spindlin1识别H3K4me3-K9me3/2双甲基化模式；2）Spindlin1与SPIN·DOC的复合物晶体结构；3）Spindlin1-HBx复合物晶体结构；4）Spindlin1-HBx互作促进HBV基因转录；5）Spindlin1促进肠癌发生发展的生物学数据。..本课题解析了Spindlin1及其识别修饰、复合物等生物学结构，探索了Spindlin1-HBx互作在肝炎病毒发挥作用的机制，以及Spindlin1在肠癌发生发展中的作用，为今后肝炎、肝癌及肠癌等治疗提供了理论依据。