DEPDC1-STAT3正反馈信号环路促进骨肉瘤肿瘤形成及化疗耐药的机制研究

The inevitable development of chemo-resistance during chemotherapy is a fundamental obstacle associated with osteosarcoma (OS) prognosis. Our recent study showed that DEP domain-containing protein l (DEPDC1) is upregulated in drug-resistant OS cells compared with its parental cells. Genetic inhibition of DEPDC1 could inhibit OS proliferation and induce apoptosis in vitro. In addition, inhibition of DEPDC1 could sensitize OS to doxorubicin and cisplatin treatment. Further bioinformatics analysis indicated DEPDC1 may be associated with STAT3 expression. While blockade of DEPDC1 downregulated STAT3 protein expression but not the mRNA expression. Meanwhile, overexpression of STAT3 could lead to upregulation of DEPDC1 transcription. Therefore, our results support a positive feedback loop as a mechanism for persistent STAT3 activation, in which DEPDC1 enhances protein stability of STAT3, which in turn elevates DEPDC1 expression by promoting DEPDC1 transcription. A series of experimental techniques from in vitro and in vivo will be employed to investigate the hypothesis, the mechanism of which may provide new insight into the mechanism of chemo-resistance in OS and ultimately benefit OS patient.

化疗是骨肉瘤综合治疗的重要手段，而化疗耐药是骨肉瘤治疗失败的重要原因。本研究前期工作发现：DEPDC1在骨肉瘤耐药细胞中呈高表达，沉默DEPDC1可抑制耐药骨肉瘤细胞增殖及诱导其凋亡，并增强阿霉素、顺铂对耐药骨肉瘤的杀伤。而生物信息分析发现DEPDC1可能与STAT3表达相关，机制研究发现抑制DEPDC1可下调STAT3蛋白表达，但不影响其mRNA表达，而STAT3又可促进DEPDC1转录而促进其表达。因此，我们提出DEPDC1可能通过一个“正反馈环路”持续激活STAT3，即DEPDC1可增强STAT3蛋白稳定性，而STAT3又可诱导DEPDC1转录，后者的表达上调又可再次上调STAT3，如此循环往复，使STAT3持续上调，进而促进骨肉瘤发生及耐药。本项目拟结合体内、外实验进一步研究DEPDC1-STAT3信号环路调控骨肉瘤发生及耐药的分子机制，为阐明骨肉瘤化疗耐药的机制提供新的依据。

本研究中，我们聚焦了DEPDC1在骨肉瘤发展中的作用和潜在机制，以寻找新的治疗靶点，提高骨肉瘤的治疗效率。具体而言，DEPDC1在骨肉瘤细胞中上调，作为骨肉瘤细胞中的致癌因子促进细胞生长、集落形成、细胞迁移和侵袭。进一步的机制研究表明DEPDC1对细胞增殖和侵袭的促进作用是通过STAT3途径介导的。对p-STAT3的抑制中断了DEPDC1诱导的骨肉瘤细胞生长、集落形成、细胞迁移和侵袭。此外，STAT3的靶点FOXM1可以反式激活DEPDC1。RCM-1抑制FOXM1可降低FOXM1与DEPDC1启动子的结合能力及其启动子活性，最终抑制DEPDC1诱导的骨肉瘤细胞生长和侵袭。总之，我们发现FOXM1-DEPDC1-STAT3环对骨肉瘤的进展至关重要。此外，沉默DEPDC1可降低骨肉瘤对阿霉素的耐药性。通过多组学的药筛平台我们发现NP可以是DEPDC1-STAT3的双重抑制剂，NP在多种骨肉瘤细胞系及动物模型中可通过抑制蛋白合成的信号通路抑制STAT3蛋白表达发挥抗肿瘤作用。NP治疗降低了骨肉瘤细胞的存活率并诱导了细胞凋亡。NP治疗除了阻断骨肉瘤细胞中STAT3介导的转录和下游靶蛋白外，还抑制STAT3的表达和磷酸化。此外，NP通过调节真核生物起始因子4E（eIF4E）和eIF4E结合蛋白1（4E-BP1）抑制蛋白质合成。在骨肉瘤的原位胫骨模型中，NP还抑制骨肉瘤的进展和体内转移。并阐述了其关键机制及作用。总之，这些发现对于理解控制骨肉瘤进展的遗传程序非常重要，并且可以确定以前未检测到的控制骨肉瘤化疗耐药性的治疗靶点。