肝细胞肝癌中高表达的PRC1基因功能及其受CTCF调控的机制研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most frequent malignancies worldwide. Multiple genes' dysregulation contributes to HCC initiation and progression. Our earlier work has identified that both mRNA and protein levels of protein regulator of cytokinesis 1 (PRC1) gene were elevated in HCC tissues relative to the adjacent nontumoral tissues. Moreover, there is a significant positive correlation between the tumoral induction of CCCTC-binding factor (CTCF) and PRC1 proteins. At cellular level, inhibition of CTCF by using lentiviral shRNAs suppressed HCC cell proliferation, migration and invasion. cDNA microarray identified, realtime RT-PCR and western blot confirmed, among others, gene silencing of CTCF could profoundly suppress PRC1 gene's expression at both mRNA and protein levels. CTCF knockdown also suppressed PRC1 gene's promoter activity as determined by using dual-luciferase reporter assay, suggesting PRC1 is a potential downstream target gene of CTCF. Knockdown of PRC1 gene also led to remarkable growth inhibition in HCC cell lines. Together these data, we propose a novel function of PRC1 gene in orchestrating the growth of HCCs. Therefore the goal of this proposal is 1) to evaluate the expression of PRC1 gene in a large cohort of HCC samples and analyze its association with clinical pathological parameters; 2) to characterize the function of PRC1 gene in the pathogenesis of HCC; and 3)to explore the underlying regulatory mechanism in which PRC1 is elevated by CTCF.

申请人前期研究发现细胞有丝分裂相关基因胞质分裂1蛋白调节子（protein regulator of cytokinesis 1，PRC1）基因的mRNA和蛋白质在人肝细胞肝癌组织中高表达，癌组织中PRC1与 CCCTC结合因子(CCCTC-binding factor，CTCF)蛋白质水平呈显著正相关；体外实验证实敲减 CTCF基因能显著抑制肝癌细胞的恶性表型，同时抑制PRC1基因的启动子报告基因活性，下调其mRNA和蛋白质水平；敲减PRC1基因表达显著抑制肝癌细胞增殖。申请人据此推测PRC1基因高表达在肝细胞肝癌中受CTCF蛋白分子转录调控，并促进细胞增殖。本课题将探讨肝细胞肝癌组织中PRC1蛋白高表达的临床病理学意义，明确PRC1基因在肝细胞肝癌中的功能及相关机制，研究CTCF上调PRC1基因表达的分子机制，以指导肝细胞肝癌的临床诊断和治疗。

肝细胞肝癌(Hepatocellular Carcinoma，HCC)是威胁人类健康的重大疾病，位居全球恶性肿瘤发病率的第六位，更是第三位最常见肿瘤相关的死亡原因。全球范围内每年新诊断的HCC 患者中，超过50%来自中国。项目组前期研究发现细胞有丝分裂相关基因胞质分裂1蛋白调节子（protein regulator of cytokinesis 1，PRC1）基因的mRNA和蛋白质在人肝细胞肝癌组织中高表达，癌组织中PRC1与CCCTC结合因子(CCCTC-binding factor，CTCF)蛋白质水平呈显著正相关。本项目的主要研究内容包括以下几方面：1、构建肝细胞肝癌组织芯片，检测PRC1蛋白表达水平，分析其与患者临床病理学参数的相关性及是否可作为预后判断的标志物；2、研究PRC1基因在肝细胞肝癌中的功能；3、研究CTCF上调PRC1基因表达的分子机制。经过项目组的努力，本研究得出以下发现：1.PRC1在肝癌组织中广泛高表达且与CTCF表达水平呈正相关。2. 高表达的PRC1蛋白水平与肝癌患者不良预后显著相关。3. CTCF在p53野生型肝癌细胞中正调控PRC1基因表达。4. 抑制CTCF通过招募p53蛋白因子至PRC1核心启动子区域，抑制PRC1基因转录。5.敲减PRC1基因抑制肝癌细胞增殖和迁移侵袭，并诱导细胞核分裂障碍和核异形。6.体内实验证实敲减PRC1基因抑制裸鼠移植瘤的生长和转移。此外，项目组还研究了PRC1基因在胃癌和非小细胞非癌中功能及相关机制，结果显示PRC1在胃癌和非小细胞非癌中也发挥促癌功能。以上研究提示PRC1基因可能是一个普遍性的促癌基因。本研究的实施，首先验证了前期提出的肝癌细胞中CTCF通过转录调控机制促进PRC1高表达的假说，明确靶向PRC1基因启动子活性的基因治疗策略在肝细胞肝癌治疗中的潜在应用价值。同时探讨了PRC1基因在肝癌中的各项生物学功能及可能的分子机制，由此明确PRC1过表达在肝细胞肝癌中的临床病理学意义。综合以上研究数据，明确CTCF-PRC1调节轴在肝癌发生发展过程中所起的重要作用，最终为临床上进行肝癌基因靶向治疗提供有价值的新靶点和理论依据。