肿瘤干细胞自我更新能力的表观遗传调控机制的研究

The epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) affects critical steps of morphogenesis and tumor metastasis by interconverting epithelial cell type into cells with mesenchymal attributes. EMT programs activated in carcinoma cell enable those cells to acquire cellular traits associated with high-grade malignancy. Certain epithelial cells that pass through an EMT reprogramming process acquire the self-renewing trait associated with cancer stem cells (CSCs), also termed tumor-initiating cells. However, the epigenetic reprogramming mechanisms of self-renewal are still poorly understood. In this study, we will search for the essential pathways and key regulators involved in acquisition and maintenance of cancer stem cell self-renewal by using unbiased, genome-wide high throughput approaches including two dimensional electrophoresis, affinity purification, ChIP-Sequencing and RNA-Sequencing techniques, trying to answer questions about overall patterns of epigenetic mechanism process of CSC. In our preliminary work, we have constructed a reliable and efficient CSC model cell line which is sensitive to EMT inducers such as TGFb1, identified several key epigenetic regulators through 2D electrophoresis for CSCs, and find CRL4B/SUV39H1/DNMT3A form functionally coordinated complex in promoting self-renewal and tumor malignancy. This research will not only elucidate the epigenetic mechanisms that drive and maintain CSC, but also yield promising therapeutic targets and strategies for the prevention of metastasis - the most common fatal consequence of tumorigenesis.

肿瘤细胞获得干细胞特征的过程中，上皮-间质转化（EMT）过程起到了十分重要的生物学作用。EMT 过程使肿瘤细胞经过表观遗传重编程之后具备了自我更新能力并易产生放化疗抵抗。本项目旨在通过高通量的二维电泳，亲和层析， ChIP-Seq及RNA-Seq等实验方法基于生物信息学的贝叶斯因果分析模型寻肿瘤干细胞获得与维持自我更新能力的重编程过程中的关键通路与关键调控因子，以及其启动与维持的分子机制，特别是表观遗传学机制，并深入研究该调控因子的生理病理学意义。目前我们已建立了可靠细胞模型，利用二维电泳与亲和层析鉴定出一系列与肿瘤干细胞干性调控相关的表观遗传调控因子及其蛋白相互作用网络，如CRL4B/SUV39H1/DNMT3A复合体等。该研究有助于阐明肿瘤干细胞表观遗传重编程的分子机制，建立和完善肿瘤干细胞的表观遗传学研究的新的技术体系，并为恶性肿瘤的转移预警、诊断、治疗和药物筛选提供新思路

本项目利用分子生物学，细胞生物学及表观遗传学等研究方法，鉴定了一系列在上皮间质转化（EMT）及肿瘤转移表观遗传调控网络中处于关键调控位置的调控因子，包括维持上皮稳态的SIN3A，LSD1，SIX3，与促进上皮向间质形态转化的PHF1，OGT等，建立和完善表观遗传学研究的新的技术体系，揭示了其调控EMT过程和肿瘤细胞增殖转移的表观遗传分子机制。如项目组发现PHF1是一种新型组蛋白精氨酸甲基化阅读器并与PRMT5/CRL4B复合物协同促进乳腺癌发生和转移；揭示了维持上皮稳态的转录因子SIX3 招募LSD1/NuRD(MTA3)复合物发挥表观遗传抑制功能从而维持上皮稳态，抑制肿瘤发生与转移的分子机制；LSD1 结合SIN3A/HDAC 复合物维持乳腺癌对化疗药物的敏感性的研究；揭示miRNA-15b通过靶向OGT参与Th17细胞分化和多发性硬化的致病；并且通过分析OGT 相互作用组的蛋白质组学，发现OGT 促进宫颈癌上皮-间质转化和转移的分子机制。以上发现针对转移型恶性肿瘤尤其是乳腺癌与宫颈癌提供了新的有效治疗靶点，为恶性肿瘤预警、诊断、治疗和药物筛选提供新思路、新途径和新靶标。作为通讯作者已发表SCI索引论文5篇分别是：《Nucleic Acids Research》2018，IF：11.561, 《Theranostics》2018, IF：8.537, 《Journal of Molecular Cell Biology》2018, IF：5.595, 《Carcinogenesis》2018, IF：5.072和《Journal of Immunology》2017，IF：4.539。以上成果均为在国家自然科学基金委面上项目的支持下获得，并已标注该基金。获得首批2016年国家重点研发计划“干细胞及转化研究”青年科学家项目资（2016YFA0102400,416万），累计资助额度达500万元。在该基金的支持下，项目负责人培养了博士生6名，培养硕士生2名。申请人作为第二完成人获得2016年国家自然科学奖二等奖，2018年获得第三届中源协和生命医学奖，受邀参加2016年“第五届国际乳腺癌干细胞高峰论坛” 并做特邀报告；入选2016年“青年长江学者”和2017年万人计划“青年拔尖人才”。