Smad1介导p300选择性乙酰化p53/STAT3促进胶质瘤母细胞瘤发生发展的机制研究

Post-translational modification aberrant is a key molecular event which causes p53 tumor suppressor function loss or transformation in tumors except mutation. Our previous data showed that p53 in RNA and protein level is significantly increased in Glioblastoma (GBM) tissues; p53 acetylation predicted better survival outcomes, while nearly half of p53 positive cases showed acetylation p53 negative. Here, we found that it’s associated with the overexpression of Smad1 in GBM. Smad1 inhibits p53 phosphorylation and promotes STAT3 acetylation by acetyl transferase p300. E3 ubiquitin-protein ligase，TRIM21 regulates nuclear–cytoplasmic shuttling of Smad1. Thus, we proposed a Smad1/TRIM21-p300-p53/ STAT3 selective acetylation mechanism in GBM: TRIM21 binds Smad1 and promotes Smad1 ubiquitin and nucleus aggregation, then inhibits p53 phosphorylation resulting in lower affinity with p300; Smad1 recruits p300 and STAT3 to compose an acetylation-regulating complex and promotes STAT3 acetylation. This study will further clarify the hypothesis through in vivo and in vitro experiments, reveal its function and mechanism, and provide potential targets and new ideas for the prevention and treatment of glioblastoma.

翻译后修饰异常是肿瘤中除突变外导致p53失活或转变的关键分子事件。我们前期在国际胶质母细胞瘤（GBM）数据库和组织芯片中发现p53在RNA和蛋白水平显著增高，且乙酰化p53阳性者显示有较好生存预期，但近半p53阳性者显示乙酰化p53阴性。预实验发现这与GBM中高表达的Smad1抑制p53磷酸化并促使乙酰转移酶p300优先促进STAT3乙酰化有关，而E3连接蛋白TRIM21调控了Smad1的核-浆转运，因此提出Smad1/TRIM21-p300-p53/STAT3选择性乙酰化假说：GBM中Smad1与TRIM21结合促进Smad1泛素化和核聚集，进而抑制p53磷酸化导致与p300亲和力降低，Smad1招募p300和STAT3组成乙酰化调节复合体促进STAT3乙酰化和活性。本课题将通过体内、外多层次研究进一步明确该假说，揭示其功能及机制，为胶质母细胞瘤的防治提供新靶点和新思路。

胶质母细胞瘤（GBM）是人颅内恶性度最高的原发肿瘤，明确关键基因、通路及其调控方式是寻找靶向治疗的关键途径。本项目对p53、STAT3在GBM中的调控、修饰及相互作用做了深入研究，主要发现如下：1）首次证实Smad1是GBM发生发展和预后的重要调控蛋白，明确了其表达格局、临床意义及功能，尤其在调控p53乙酰化及化疗敏感性方面的重要作用；2）首次证实GBM中Smad1存在p300介导的乙酰化修饰，明确K373乙酰化修饰对Smad1促癌功能的不可或缺性。3）证明Smad1对p53活性的负向调控作用及机制，Smad1通过MH1结合p53，并通过MH2结构域与p53竞争性结合p300的CTD区，从而阻断p300结合p53；4)首次发现错义突变赋予p53 GOF的同时也促进肿瘤对TMZ敏感性，错义突变p53乙酰化在逆转GOF的同时进一步提高肿瘤对TMZ治疗的敏感性；5）首次证实GBM中存在p300介导的p53和STAT3乙酰化平衡，STAT3乙酰化导致的二聚化或异二聚化在GBM的发生和化疗抗性中发挥重要作用，并以此为线索开发了靶向乙酰化STAT3二聚化的小分子多肽，通过体内外实验验证了其靶向治疗的潜力；6）首次系统阐述了乙酰化修饰调控野生和错义突变p53稳定性的不同机制，证明乙酰化是促进突变p53可溶性的靶向可行性；7）系统阐述了p53野生型和错义突变在介导GBM发生发展及化疗敏感性中的作用，明确了乙酰化是决定p53生物学功能和治疗抗性产生的关键因素，p53在细胞核的持续驻留是导致GBM化疗耐药的重要因素；8）扩展了促进突变p53可溶性的小分子肽ReAcp53恢复突变p53空间结构的机制，即促进突变p53的乙酰化进而进入泛素蛋白酶体降解途径及时清除突变p53在细胞内的堆积。总之，通过揭示p53和STAT3的多个关键修饰和调控机制，本项目为肿瘤的靶向治疗提供了理论和实验依据。