PUMA调控自噬的分子机制及其在结直肠癌中的功能研究

PUMA is a critical pro-apoptotic factor and tumor suppressor, however, the relation between PUMA and autophagy has not been studied. Our previous study found that PUMA mediates the therapy of colorectal cancer through promoting cell apoptosis. In this process, we firstly found a bran new function of PUMA, is inhibiting autophagy, whose molecular mechanism is still unclear. By utilizing the technique of Protein Mass Spectrometry and Co-Immunoprecipitation, we preliminarily demonstrate there is a potential interaction between PUMA and ULK1 in the colorectal cancer cell model, which may Influence the phosphorylating activation of Beclin1 by ULK1 and finally inhibit autophagy initiation. Based on these findings, this present project will focus on (1) further confirming the regulation of autophagy by PUMA; (2) intensively investigating the interaction and translocation of PUMA and autophagy regulators ULK1 and Beclin1, to illustrate the molecular mechanism of PUMA regulating autohpagy; (3) exploring the feedback regulation of autophagy on PUMA and apoptosis, to clarify the relation between autophagy and apoptosis; (4) verifying scientific findings of this project, and screening out more effective combinational therapy of multiple drugs by targeting autophagy, which provides theoretical basis for clinical therapy of colorectal cancer.

PUMA是一个关键的促凋亡因子和肿瘤抑制因子，但其与自噬的关系尚未被研究。我们前期的研究表明PUMA通过促进细胞凋亡介导了结直肠癌的治疗，并在此过程中率先发现PUMA具有抑制自噬的新功能，但分子机制尚不清楚。以结直肠癌细胞为模型，利用蛋白质谱结合免疫共沉淀技术，我们初步证明PUMA与ULK1存在潜在的相互作用，并可能以此影响ULK1对Beclin1的磷酸化激活，最终抑制自噬的发生。在此基础上，本项目将：（1）进一步确认PUMA对自噬的调控关系；（2）深入研究PUMA与自噬调控因子ULK1及Beclin1的相互作用和时空转位，以揭示PUMA调控自噬的分子机制；（3）探索自噬的发生对PUMA及凋亡的反馈调控，以阐明自噬与凋亡的关系；（4）在体内验证本项目获得的科学发现，并以自噬为靶点筛选出更有效的多种药物联合治疗的方式，为结直肠癌的临床治疗提供理论依据。

结直肠癌是世界排名第三的恶性肿瘤且具有很高的致死率，PUMA的激活能促进结直肠癌细胞死亡并在其治疗过程中发挥着极其重要的作用。肿瘤治疗会同时引发细胞自噬，而该过程对治疗效果的影响则尚不清楚。本项目对PUMA和SIRT6转录激活的分子机制进行了深入的探讨，揭示了自噬与多种细胞死亡之间的调控关系，并成功的筛选出了七种有效的治疗结肠癌的药物和一种能够进一步提高疗效的联合治疗方式。具体来讲：1）PUMA通过与ULK1和Beclin1发生直接的相互作用并降低Beclin1的磷酸化水平抑制自噬的发生；2）PUMA通过与Bcl-XL和ULK1发生直接的相互作用促进线粒体自噬的发生；3）自噬抑制细胞凋亡，PARP依赖的死亡及铁死亡等多种细胞死亡的过程，而抑制自噬可进一步促进细胞死亡并提高结直肠癌的治疗效果；4）鉴定出全新的结直肠癌诊疗的生物标志物SIRT6；5）发现靶向抑制AKT/mTOR引起细胞凋亡，铁死亡，PARP依赖的死亡等多种细胞死亡方式，同时引起肿瘤保护性自噬。总之，本项目研究超额完成了项目申请时制定的研究目标，筛选出了潜在的肿瘤治疗药物和新的联合治疗方式，为肿瘤尤其是结直肠癌的临床治疗提供了重要的理论依据，取得了一定的成效，将对医疗健康行业的发展产生一定的推动作用。