转录因子FOXM1被过氧化物酶PRDX1氧化修饰的分子机制及功能研究

Redox signaling plays an important role in many biological processes. H2O2 acts as a redox signaling messenger involved in many intracellular signal transductions. Peroxiredoxin-1 (PRDX1) is one of the most H2O2-reactive proteins in cells, participating in H2O2 signal transduction and the redox regulation. FOXM1 is a cell proliferation related transcription factor overexpressed in many tumors and participates in oxidative stress regulation. Our preliminary data have confirmed that PRDX1 interacts with FOXM1 through the Cys539 of FOXM1 protein under H2O2 signaling, resulting in an intermolecular disulfide bond between Cys167 and Cys175 within FOXM1 protein. This oxidative modification of FOXM1 enhances its transcriptional activities and promotes the tumorigenesis of breast cancer. In this proposal, we intend to study the mechanisms how PRDX1 modifies the transcriptional activity of FOXM1 in detail by analyzing the difference between FOXM1 and FOXM1-C539A including their interacting cofactors, DNA-binding sites on chromatin, and gene expressions, and figure out how functions of FOXM1 have been changed after FOXM1 is oxidatively modified in breast caner. Through this study, we hope to elucidate PRDX1-mediated roles of FOXM1 in tumorigenesis of breast cancer under oxidative conditions.

氧化还原反应信号参与调控细胞内多种生理过程。过氧化氢作为重要的氧化还原信号分子参与多种信号通路的调控。过氧化氢酶PRDX1是细胞内与过氧化氢结合力最强的蛋白之一，参与过氧化氢信号转导和氧化还原调控。FOXM1是一个细胞增殖相关转录因子，在多种肿瘤中高表达，并参与细胞氧化应激调控。前期工作证实，过氧化氢信号下PRDX1与FOXM1 第539位半胱氨酸形成二硫键而发生相互作用，并通过二硫键转移使FOXM1 第167和175位半胱氨酸之间形成分子内二硫键；氧化修饰增强FOXM1转录活性； FOXM1被氧化修饰后增强乳腺癌细胞成瘤能力。本项目将进一步分析乳腺癌细胞中，FOXM1被PRDX1氧化修饰后相互作用蛋白、染色体DNA结合位点及基因表达谱的变化，确定氧化修饰对FOXM1转录调控方式有何影响，并通过裸鼠移植瘤实验及临床样品检测、证实FOXM1被PRDX1氧化修饰后在乳腺癌中功能有何改变。

氧化还原反应是生物体内能量代谢和物质代谢所必须的生物化学反应。细胞内氧化还原状态的平衡对维持细胞正常生命活动非常重要，氧化还原状态发生变化后，会引起细胞内分子结构和构象的改变，细胞过度的氧化状态会引起氧化应激，过度的还原状态会导致还原应激。细胞内超氧化物、过氧化物被降解为过氧化氢，最后被降解为水，这一过程中， H2O2作为中间产物在细胞内起重要的氧化还原信号分子作用，特别是对特定蛋白质的可逆氧化修饰日益受到重视，目前越来越多的研究表明，这种氧化修饰是信号转导调控中的一种新的分子机制，成为除磷酸化修饰，糖基化修饰及泛素化修饰外的重要方式。过去的研究认为H2O2是通过直接氧化修饰目的蛋白，这一“H2O2 -目的蛋白”模型有个难以解释的问题：细胞内许多过氧化物酶和H2O2的亲和力比目的蛋白和H2O2的亲和力高5-7个数量级， H2O2产生后会被过氧化氢酶快速清除，导致细胞内产生的H2O2达不到氧化修饰目的蛋白的浓度，现在研究认识到许多过氧化物酶做为H2O2 信号的感受器和响应器，对H2O2 信号起重要中继作用。本项目通过实验证实细胞内一条新的氧化还原信号通路H2O2 -PRDX1-FOXM1： H2O2信号促进PRDX1与FOXM1相互作用，点突变实验证实PRDX1第52位半胱氨酸与FOXM1第539位半胱氨酸形成二硫键，并通过二硫键转移使FOXM1 第167和175位半胱氨酸之间形成分子内二硫键，该氧化修饰增强了FOXM1的转录活性和促乳腺癌细胞成瘤能力。本项目阐明细胞了内H2O2 -PRDX1-FOXM1信号通路的分子机制，为后续研究其他“H2O2 -PRDX-转录因子”氧化还原信号通路提供参考模型；确认H2O2 -PRDX1-FOXM1信号促进乳腺癌发生发展的作用机理。该项工作为开发新的抗氧化和抗肿瘤药物提供了思路。