长链非编码RNA HOTAIR调控乳腺癌干细胞自我更新的分子机制

Although cancer stem cells play a critical role in tumorogenesis and progression, researches have not yet fully elucidated mechanisms of how the stemness of cancer stem cells are maintained. Long noncoding RNA, the length of which is usually above 200nt, belongs to the noncoding RNA family that doesn’t have the capacity to encode proteins. LncRNA plays a variety of important biological functions in cells. However, the study of the expression and functions of LncRNA HOTAIR in breast cancer stem cells and non stem cells has not been reported. Therefore, on the basis of previous work, we try to unveil the functions of HOTAIR in the regulation of the self-renewal of breast cancer stem cells employing the methods of flow cytometry, Real-time PCR, RNA pulldown, mass spectrometry, CoIP and so on. The research will elucidate the molecular mechanism of HOTAIR in the regulation of self-renewal of breast cancer stem cell, revealing the critical role of HOTAIR in the tumorogenesis and progression of breast cancer.

虽然肿瘤干细胞在肿瘤形成、发展中发挥重要的作用，但是目前对于肿瘤干细胞的研究尚未完全阐明其维持自身干性的机制。长链非编码RNA是一种不具备蛋白编码能力的长度大于200nt的RNA，在机体内发挥着各种重要的生物学功能。然而，针对LncRNA HOTAIR在乳腺癌干细胞与非干细胞中的表达情况及其功能研究还未见相关报道。因此，本项目拟在前期工作的基础上，采用流式细胞术、RNA定量检测、RNA pulldown、蛋白质谱分析、CoIP等相关方法，研究HOTAIR在乳腺癌干细胞与非干细胞中的表达情况及其参与的细胞信号通路，阐明HOTAIR调控乳腺癌干细胞自我更新的分子机制，从而揭示HOTAIR在乳腺癌形成、发展中的关键作用。

项目背景：乳腺癌干细胞 (CSC) 首先通过自我更新才能产生新的CSC和普通肿瘤细胞以维持肿瘤自身的生存及发展。因此，深入研究肿瘤干细胞自我更新的调控机制，对于肿瘤的预防和开发以肿瘤干细胞为靶点的新型靶向治疗药物在基础医学和临床应用上均具有十分重要的意义。.主要研究内容：①我们发现HOTAIR在乳腺癌干细胞中的表达量显著增加，并主要聚集在细胞核中。②当我们将HOTAIR敲低的时候，ALDH1+细胞的比例和细胞成球率都相应的降低。当我们将HOTAIR敲低的细胞注射入裸鼠的时候，其肿瘤生成能力也显著下降。③当我们将HOTAIR在细胞中过表达的时候，ALDH1+细胞的比例和细胞成球率都显著增加，其肿瘤形成能力也显著增加，c-Myc的表达量显著上升。④HOTAIR主要通过调控c-Myc和Cyclin D1的表达进而影响乳腺癌干细胞的活性。⑤通过对HOTAIR的调控机制研究发现，HOTAIR 将 PRC2 复合体招募到 IκBα的启动子上，从而使启动子上H3K27组蛋白残基三甲基化抑制IκBα的表达，而当IκBα在细胞内的表达量下降的时候，p65/p50复合体的活性无法被抑制，从而激活NF-κB信号通路。活化的NF-κB 信号促进下游靶基因 c-Myc和Cyclin D1 的表达，最终导致乳腺癌细胞的自我更新。⑥对乳腺癌临床样本的数据分析后发现，与正常乳腺组织相比，HOTAIR在乳腺癌患者中的表达显着增加。接着，我们进一步分析后发现HOTAIR高表达患者的10年生存率明显低于HOTAIR表达相对低的患者。主要的研究进展及重要结果：我们发现了长链非编码RNA HOTAIR通过招募PRC2复合体到IκBα的启动子上，从而抑制了其表达，IκBα在细胞质中的含量降低后，导致p65/p50被活化，从而激活NF-κB 信号通路，促进了下游靶基因Cyclin D1和c-Myc的表达。这个调控通路是本研究新发现的乳腺癌干细胞的自我更新的调节机制，还未见相关报道。科学意义及应用前景：乳腺癌是女性常见的肿瘤疾病，其特点是发生率高、肿瘤的异质性也高。 我们的研究揭示了长链非编码RNA HOTAIR调控乳腺癌干细胞的分子机制，具有科学创新性。并针对临床样本的研究发现，HOTAIR的表达情况可以作为检测乳腺癌的发生以及乳腺癌病人长期生存率的生物指标，也具有潜在的临床应用前景。