利用基因编辑技术构建新型肝细胞癌小鼠模型及其肝癌致病机制研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the most prevalent cancer diseases in China，however, the molecular mechanisms for HCC remains elusive. Establishing animal models for HCC using the latest genome editing techniques may play essential roles in deciphering its mechanism and validating novel drug target. Post-translational modifications play important roles in human tumorigenesis. Our recent publications revealed that CCP5 and CCP6 play deglutamylase roles in antiviral immunity and CCP6 alone participated in platelets maturation and the development of renal cell carcinoma. This study will elucidate the role of glutamylase family, TTLL, by establishing novel rodent models for HCC and other diseases for identification of novel substrates for TTLL and CCP family members and signaling pathways mediated by glutamylation modification. Ultimately, our work will provide novel insights into the potential role of glutamylation in HCC tumorigenesis and other diseases. All animal models will be deposited into the website of Laboratory Animal Resources in Chinese Academy of Sciences to facilitate its distribution in China.

我国是肝癌发病率最高的国家之一，对肝癌的发病机理亟需深入研究，因此利用基因编辑技术CRISPR/Cas9体系建立新的肝癌实验动物模型并深入研究发病机理和治疗靶点成为我国肝癌研究的重要课题。蛋白质翻译后的修饰参与重要蛋白质功能的调节，我们最近发表的工作显示去谷氨酸化酶CCP6和CCP5在抗病毒免疫和血小板发育中发挥重要作用，CCP6还在肾细胞癌中发挥重要功能。我们前期工作还显示谷氨酸化修饰参与肝细胞癌的发生发展过程。在此基础上，本课题将通过构建CCP/TTLL基因家族敲除、条件性基因敲除和各种点突变模型，构建新型肝细胞癌等多种医学实验动物模型，并作为主要工具鉴定谷氨酸化修饰异常致癌的作用底物以及信号通路，揭示谷氨酸化修饰调节肿瘤发病的分子机制。本项目建立的动物模型将纳入本人负责的中国科学院实验动物资源共享平台数据库，面向全国，实现动物品系资源共享。

我国是肝癌发病率最高的国家之一，对肝癌的发病机理亟需深入研究，因此利用基因编辑技术建立新的肝癌实验动物模型并深入研究发病机理和治疗靶点成为我国肝癌研究的重要课题。LncRNA在肿瘤中的作用已经引起人们的广泛关注，但仍有很多问题需要解决，尤其是LncRNA在肿瘤干细胞中的作用。蛋白质翻译后的修饰参与重要蛋白质功能的调节，我们前期的研究工作发现，谷氨酸化修饰参与肝细胞癌的发生发展过程。前期工作中，我们制备了谷氨酸化修饰相关CCP模型，通过研究我们发现，疾病模型中肝脏部分lncRNA表达上调明显，LncRNA可能对肝脏再生及肝癌的发生发展起重要调控作用。所以我们通过构建新型肝癌相关谷氨酸化修饰和LncRNA疾病动物模型，分析其肝癌相关表型，结合转录组数据分析，探究肝细胞癌发病的分子机制，探索肝癌干细胞新靶点的临床意义，为肝癌干细胞以及肝癌的临床治疗和药物开发提供新思路和新靶点。.我们通过把小鼠肝脏70%切除前后的肝组织做转录组芯片分析，发现lncHand2在肝切除后再生的组织中显著高表达。我们进一步构建了lncHand2全基因敲除动物模型，lncHand2条件敲除动物模型，lncHand2关键核苷酸片段敲除动物模型，lncHand2下游靶位点敲除模型动物模型和lncHand2遗传示踪标记动物模型。通过动物模型表型筛选和鉴定，发现lncHand2基因敲除后，显著抑制小鼠肝再生，促进肝损伤。LncHand2可以招募Ino80染色质重塑复合物，进一步调控肝细胞重塑，相关研究成果发表在Journal of Hepatology。进一步研究通过体外基因敲除和过表达实验，我们还发现lncHand2可以显著促进肝癌干细胞的自我更新和肿瘤生长。LncHand2招募INO80染色质重塑复合物到BMP信号受体BMPR1A的启动子区，同时lncHand2也可以直接结合到该启动子，起始它的表达，激活BMP信号通路，促进肝癌干细胞的自我更新。联合应用lncHand2的反义寡核苷酸（ASO）和BMPR1A的siRNA后，可以显著抑制肝癌患者来源的肿瘤细胞（PDC）在肝脏原位的生长，并有效延长生存期。LncHand2、INO80和BMPR1A基因敲除的小鼠可抑制DEN化学试剂诱导而形成的肝癌。因此，lncHand2可作为肝癌治疗的潜在靶点，相关研究成果发表在 The EMBO J。