HDAC2磷酸化激活自身SUMO E3连接酶活性促进结肠癌细胞生长的机制研究

HDAC2 has an important role in the tumorigenesis and is an effective anti-tumor target. Our previous reports shown that HDAC2 had an independent SUMO E3 ligase domain, which mediated the translation control of genes associated with proliferation, growth and anti-apoptosis, and played an important part in cancer cell growth. However, in the preliminary experiments, we found that the potential phosphorylation of threonine T480, the 480th amino-acid residue in the C-terminal of HDAC2, was the key event for activating the SUMO-E3 ligase activity of HDAC2. But the involved molecular mechanism remains to be explored. By using LC-MS and antibody for detecting phosphorylated protein, we will further determine the phosphorylation of T480 threonine residue and its protein kinase. By using SUMO-modification and Pull-down technique, we will research the effect of HDAC2T480A mutant on the SUMO-modification of HDAC2 and eIF4E, and the effect on translational initial complex 4F(eIF4F). we will determine the effect of T480A mutant on the protein biosynthesis rate of target genes such as c-myc, bcl2 and survivin. Furthermore, we will research the anti-oncogenic characteristic of T480A mutant in nude mouse. Eventually, we will reveal the mechanism that HDAC2 T480 phosphorylation stimulates itself SUMO E3 ligase activity. The project will facilitate the further design and development of new anticancer drug targeted to the SUMO E3 ligase.

HDAC2在肿瘤发生和发展中起重要作用，是有效的抗癌靶点。我们前期研究报道，HDAC2还兼有独立的SUMO E3连接酶功能域，此功能介导调控与细胞增殖和抗凋亡相关基因的蛋白质翻译水平表达，在维持结肠癌细胞快速生长中发挥重要作用。另发现HDAC2 T480潜在的磷酸化修饰是激活自身SUMO E3连接酶活性的关键，而其中的机制仍不清楚。为此本研究将利用质谱、磷酸化抗体技术进一步鉴定T480的磷酸化及其蛋白激酶；利用SUMO化、Pull-down等实验方法，研究HDAC2T480A突变体对自身及其靶蛋白eIF4E的SUMO化和对翻译起始复合物eIF4F的影响及调控机制；检测c-myc、bcl2、survivin等靶基因的蛋白质新生速率；突变体抑制裸鼠成瘤的作用。揭示HDAC2 T480磷酸化激活自身SUMO E3连接酶活性促进结肠癌细胞生长的机制，为进一步设计研发靶向此连接酶的抗癌新药奠定基础。

HDACs的高表达与肿瘤的发生发展密切相关，是治疗复发性皮肤淋巴瘤的有效靶点。我们的前期研究证实HDAC2 还具有不依赖于去乙酰化酶的独立的SUMO E3连接酶活性，调蛋白质翻译表达，促进细胞生长。但文献报道靶向HDAC的去乙酰化酶抑制类药物的抗实体肿瘤治疗效果不佳，甚至诱发肿瘤转移，但是机制还不清楚。.本项目主要研究影响HDAC2 SUMO E3连接酶活性的关键磷酸化位点，研究HDAC2 SUMO E3连接酶及其磷酸化突变体在结肠癌肿瘤生长和发展过程中的重要作用及分子机制。.本项目获得了以下重要研究结果：.（1） HDAC2 SUMO E3连接酶及其磷酸化突变体通过MMP14促进结肠癌细胞迁移和肿瘤转移。①HDAC2的磷酸化负性突变体促进自身SUMO E3连接酶活性，促进蛋白质翻译水平表达；②HDAC2 SUMO E3连接酶及磷酸化负性突变体促进结肠癌细胞的迁移，但不影响细胞增殖；③HDAC2 SUMO E3连接酶及磷酸化负性突变体在翻译水平调控MMP14等侵袭迁移基因的表达；④过表达HDAC2 SUMO-E3连接酶及磷酸化突变体促进DLD1（HDAC2-/-)结肠癌细胞的肺转移。.（2）HDAC2通过下调长链非编码LncRNA H19抑制EMT介导的结肠癌细胞侵袭转移。①HDAC2的表达水平与人结肠癌转移呈负相关性；②敲除HDAC2诱导EMT，即表皮-间质转化，促进细胞迁移侵袭；③ 长链非编码lcnRNA H19介导了HDAC2敲除所诱导的EMT转化和肿瘤细胞迁移；④HDAC2通过诱导组蛋白H3K27去乙酰化，进而抑制lcnRNA H19的表达；⑤转录因子SP1介导了HDAC2向lcnRNA H19启动子募集，协同调控lcnRNA H19的表达；⑥动物在体实验证实敲除HDAC2促进结肠癌细胞肺转移.本研究揭示了HDAC2 通过SUMO E3连接酶活性和去乙酰化酶活性，双向调控结肠癌细胞的侵袭和转移，为HDAC抑制剂诱发肿瘤转移的原因提供了一条有力证据，可为HDAC抑制剂抗肿瘤应用提供理论参考。同时靶向抑制HDAC2 去乙酰化酶活性和SUMO E3连接酶活性的双功抑制剂，可能会获得更好的抗肿瘤效果。