FBXO22调控组蛋白去甲基化酶KDM4C泛素化降解增强肺癌放疗敏感性的作用机制研究

Radiotherapy is the major treatment for lung cancer. Radioresistance is considered the main cause of the failure to cure this cancer. Histone demethylase KDM4C has been reported to be involved in DNA double-strand break repair and genomic stability. However, the role and regulatory mechanism of KDM4C in lung cancer remain unclear. Our preliminary data show that KDM4C protein level is upregulated in lung cancer cell lines and promotes radioresistance of lung cancer cells. Using tandem affinity purification/mass spectrometry and immunoprecipitation methods, our data show FBXO22 interacts with KDM4C and negatively controls its protein stability, suggesting KDM4C may be a ubiquitination substrate of FBXO22. Therefore, the current proposal hypothesizes that E3 ligase FBXO22 binds to and promotes the proteolysis of KDM4C, which then inhibits the activity of histone demethylase KDM4C and the expression of its downstream genes, ultimately enhancing the radiosensitivity in lung cancer. Our proposal aims to explore the underlying mechanisms how FBXO22 negatively controls the degradation of KDM4C and uncover the roles as well as clinical significances of FBXO22 and KDM4C in lung cancer, and may provide novel targets for lung cancer radiotherapy.

放射治疗是肺癌治疗的重要手段，而放疗抵抗是影响肺癌疗效最主要的因素之一。组蛋白去甲基化酶KDM4C能调控DNA双链断裂修复，影响基因组稳定性，但其在肺癌放疗抵抗中的作用及调控机制尚不明确。本课题组前期研究显示：KDM4C在肺癌细胞系中高表达并促进肺癌细胞放疗抵抗。运用成熟的串联亲和纯化/质谱技术及免疫共沉淀实验发现E3泛素连接酶FBXO22是KDM4C相互作用蛋白，且FBXO22可负向调控KDM4C蛋白稳定性并增强肺癌细胞放疗敏感性，提示KDM4C可能是FBXO22的泛素化底物分子。结合以上预实验结果我们推测：FBXO22通过与KDM4C结合并促进其泛素化降解，抑制KDM4C去甲基化酶活性及其下游靶基因的表达，进而增强肺癌放疗敏感性。本项目将进一步探索FBXO22调控KDM4C泛素化降解的分子机制，明确FBXO22和KDM4C在肺癌放疗抵抗中的功能及临床意义，为肺癌放射治疗提供新的靶标。

放射治疗是一种高效且经济的抗癌治疗方法，在几乎所有癌症的疾病谱中发挥着关键作用，是不可手术的局部晚期肺癌患者的根治性治疗方法。而放疗抵抗是临床上制约肺癌患者放射治疗疗效的关键。KDM4C是一种组蛋白去甲基化酶，在多种生物学过程中发挥着重要的作用，可以调控DNA双链断裂修复，影响基因组稳定性，但其在肺癌放疗抵抗中的作用及调控机制尚不明确。本研究以KDM4C为核心靶点，发现其在肺癌患者中过表达并与不良预后相关，抑制KDM4C能够抑制肿瘤的发生并且增强肺癌细胞的放射敏感性。机制上讲，KDM4C通过直接降低TGF-β2启动子上的H3K9me3水平上调TGF-β2的表达，然后激活Smad/ATM/Chk2信号通路，从而在肺癌中产生放射抗性。此外，通过串联亲和纯化技术，我们进一步鉴定了去泛素酶USP9X是KDM4C去泛素化稳定的关键。更重要的是，USP9X的缺失通过破坏肺癌细胞中KDM4C的稳定而抑制TGF-β2/Smad信号通路的激活，进而诱导肺癌放射增敏。因此，我们的研究结果表明去USP9X介导的KDM4C的异常募集，促进下游基因TGF-β2启动子区组蛋白H3K9me3的去甲基化诱导TGF-β2的转录表达，进而激活TGF-β2/Smad/ATM信号通路，最终促进肺癌形成和放疗抵抗。KDM4C的新型特异性小分子抑制剂SD70在体内外均能够显著抑制肺癌形成并增强其放射敏感性，提示SD70可能是一种潜在的肺癌放射治疗增敏剂。