烟酰胺N-甲基转移酶NNMT表观遗传调控GAP-43促进胶质瘤增殖、侵袭和治疗抵抗的作用机制研究

Glioma is difficult to be cured because of its strong invasiveness and resistance to radiotherapy and chemotherapy. Nicotinamide N-methyltransferase NNMT is an important epigenetic regulatory enzymes, involving in cellular DNA methylation, histone modification and energy metabolism. Our previous study found that NNMT is overexpressed in glioma cells with expression levels positively correlative with malignant degree and negatively correlative with survival time; After knockdown of NNMT in U87 and U251 cells, proliferation, invasion, migration and the tumor ball significantly decreased while apoptosis increased. It is further proved that growth-associated protein-43 (GAP-43) is the downstream target genes of NNMT by gene chip and GEO data set. GAP-43, plays a unique role in inhibiting the formation of canaliculus of glioma cell, inhibiting communication among tumor cells and inducing apoptosis of human glioma cells, even the regulation pattern in upstream is yet to be cleared. We presume that NNMT may epigenetically regulate GAP-43 and cause GAP-43 gene silencing by epigenetic remodeling like DNA hypermethylation, histone methylation and deacetylation, so as to lift its anti-cancer function, The purpose of this study is to clarify the role of NNMT epigenetic regulation on GAP-43 silenced in glioma by the methods including clinical specimen verification, epigenetics and metabolomics。

胶质瘤因其很强的侵袭性和放化疗抵抗而难以治愈。烟酰胺N-甲基转移酶NNMT是一个重要的表观遗传调控酶，参与DNA甲基化、组蛋白修饰及能量代谢。我们前期研究发现，NNMT在胶质瘤细胞中过表达，表达水平与恶性程度正相关，与生存时间负相关；敲减U87、U251细胞的NNMT后，增殖、侵袭、迁移、成球能力显著下降，凋亡增加。进一步通过基因芯片、GEO数据集研究NNMT的下游靶标基因是生长相关蛋白-43 (GAP-43) 。GAP-43具有抑制胶质瘤细胞微管形成、抑制肿瘤细胞间通讯及诱导凋亡的独特作用，但其上游调控方式尚不清楚。我们推测，NNMT表观遗传调控GAP-43表达，通过DNA高甲基化、组蛋白甲基化及去乙酰化等表观遗传重塑，使GAP-43基因沉默，解除其抑癌作用。课题组拟通过临床标本验证、表观遗传学、代谢组学等研究方法阐明NNMT表观遗传调控GAP-43沉默在胶质瘤中的作用。

胶质瘤因其很强的侵袭性和放化疗抵抗而难以治愈。烟酰胺N-甲基转移酶NNMT是一个重要的表观遗传调控酶，参与细胞的DNA甲基化和组蛋白修饰，最新研究发现过表达的NNMT在肿瘤中发挥重要作用。我们研究发现，烟酰胺N-甲基转移酶NNMT在胶质瘤细胞中过表达，表达水平与肿瘤恶性程度正相关，与患者生存时间负相关；敲减U87、U251胶质瘤细胞系的NNMT后，肿瘤细胞增殖、侵袭、迁移、成球能力显著下降，凋亡增加。我们在构建的裸鼠成瘤实验模型中同样发现NNMT对裸鼠体内的实体肿瘤的生长产生作用。随着NNMT表达量的下降，实体肿瘤的体积和肿瘤生长速度明显变缓。相反, 随着NNMT表达量上升，肿瘤的体积和肿瘤生长速度增加。通过基因芯片研究发现下调U87、U251胶质瘤细胞系的NNMT后，出现PAK3、GAP43、ELAVL2、NEGR1基因的上调，这些基因大多具有抑制肿瘤生长的作用。同时出现MMP2、MMP7、RSPO3、SEMA3F、TNFRSF19、ANXA8、APOBEC3G、CXCR7等基因的下调，这些基因大多具有促进肿瘤生张的作用。随后，我们对对基因芯片数据结果进行了深度数据分析，制作基因热图。为证明NNMT确实影响了这些下游基因，我们对挑选的基因进行PCR验证和Western Blot验证。通过验证，基本与预期筛选的结果一致。我们研究发现，过表达的NNMT通过DNA超甲基化、组蛋白甲基化及去乙酰化等表观遗传重塑，使GAP-43基因沉默，解除其抑癌作用，促进胶质瘤的增殖、侵袭及治疗抵抗。进一步研究NNMT的下游靶标基因时发现了生长相关蛋白-43 (GAP-43) 是一个潜在的、重要的靶标。GAP-43一种特异性的神经细胞生长调控蛋白，具有抑制胶质瘤细胞微管形成、抑制肿瘤细胞间通讯及诱导凋亡的独特作用，但其上游调控方式尚不清楚。我们推测，NNMT可以表观遗传调控GAP-43，过表达的NNMT通过DNA超甲基化、组蛋白甲基化及去乙酰化等表观遗传重塑，使GAP-43基因沉默，解除其抑癌作用，促进胶质瘤的增殖、侵袭及治疗抵抗。如果能够抑制NNMT对GAP-43的负性调控，将为胶质瘤的治疗提供一种新的选择。