PLK4/IKBKε/NF-кB反馈自激活环路介导胶质瘤耐药的分子机制研究

As we all know, kinases play an important role in chemoresistance of glioblastomas (GBM). It has been demonstrated in our published paper that kinase-PLK4 (polo-like kinase 4) is the core regulator of cell cycle-related mRNA network, and its expression is closely associated with progression of cell cycle and chemosensitivity. At the same time, we firstly discovered that PLK4 was closely related with IKBKε/NFκB pathway. However, the regulation mechanism of PLK4 on cell cycle and chemosensitivity is currently unclear. Based on GBM cell line and orthotopic animal model, we firstly plan to investigate on the effect of PLK4 on centriole amplification and chemosensitivity via cell and molecular biology techniques. Secondly, we aim to demonstrate that PLK4 could activate the NF-κB pathway via phosphorylation of IKBKε via mass spectra and kinase assay. Thirdly, we aim to demonstrate that PLK4 and Bcl-2 are controlled by an upstream promoter containing a conserved NF-κB binding site via chromatin immunoprecipitation and luciferase reporter assay. The present study may provide insides for understanding the transcriptional regulation mechanism of IKBKε/NF-κB pathway and PLK4 may participate in a feedback loop that modulates chemoresistance-related gene, Bcl-2 in glioma. Moreover, it will also provide rational theories and research methods for the clinical transformation of kinase-targeted therapies.

众所周知，蛋白激酶在胶质母细胞瘤化疗耐药方面发挥关键作用。课题组已发表成果证实蛋白激酶-PLK4处于胶质瘤细胞周期调控网络的核心位置，其表达水平与细胞周期进展和化疗敏感性密切相关。同时还首次发现，PLK4与IKBKε/NF-κB信号通路紧密相关，但其作用机制至今尚未明确。因此本项目拟通过体外细胞和裸鼠原位模型，结合生物学实验研究PLK4对胶质瘤细胞中心粒扩增和化疗敏感性的影响；进一步借助于蛋白质组学技术和激酶实验剖析PLK4通过磷酸化IKBKε进而激活NF-κB信号通路产生化疗耐药的分子机制；应用ChIP和荧光素酶实验明确IKBKε/NF-κB信号通路对PLK4及耐药基因(Bcl-2)的转录调控模式。本研究可揭示“胶质瘤中PLK4与IKBKε/NF-κB信号通路存在自激活调控环路，并能转录调控耐药基因(Bcl-2)表达”的分子机制，为探索激酶靶向治疗向临床应用转化提供理论基础和研究手段。

项目背景.胶质瘤是中枢神经系统肿瘤。恶性胶质瘤患者预后差。目前以手术最大安全范围切除以及术后联合放疗和化疗作为标准治疗，但患者平均中位生存期仍不超过15个月。胶质瘤对化疗药物和靶向药物的耐受是造成化疗失败的重要原因之一。本项目以编码激酶的基因PLK4为研究对象，创新地发现PLK4可以影响胶质瘤细胞血管拟态等恶性表型及对TMZ的化疗敏感性。.研究内容.1.利用TCGA、CGGA等公共数据库和相关分析软件研究PLK4在包括胶质瘤在内的多种肿瘤中的表达、预后、基因变异和生物学功能。借助于课题组收集的胶质瘤样本，研究PLK4 mRNA表达水平与患者病理级别、PLK4蛋白水平与其底物(AKT1/EPHA2)磷酸化水平的相关性；2. 借助于胶质瘤细胞系和荷瘤动物模型，研究PLK4对胶质瘤细胞生物学功能(包括胶质瘤细胞增殖、侵袭、中心粒扩增、微血管形成和化疗敏感性)的影响；3.借助于蛋白质组学联合磷酸化蛋白质组学技术、IP实验和体内外激酶实验研究PLK4通过磷酸化AKT1和EPHA2蛋白来发挥促进胶质瘤血管生成等恶性表型的分子机制；4.借助于IP实验和体内外激酶实验研究PLK4通过磷酸化IKBKE蛋白来发挥调控胶质瘤化疗敏感性的分子机制。.重要结果和关键数据.1.PLK4在包括胶质瘤在内的多种肿瘤中高表达，与病理级别，亚型，分期和化疗敏感性紧密相关，并且是一个独立预后因子。相关性分析发现，其与肿瘤的免疫微环境、炎症和免疫检查点紧密相关。2.在课题组收集的病人样本中，PLK4 mRNA表达水平与胶质瘤病理级别正相关；PLK4蛋白表达水平与AKT1/EPHA2蛋白磷酸化水平显著正相关。3.功能学实验发现，PLK4能够调控胶质瘤细胞的增殖、侵袭、中心粒扩增、微血管形成和化疗敏感性。4.解析了PLK4通过磷酸化AKT1和EPHA2蛋白来发挥促进胶质瘤增殖、侵袭和血管生成等恶性表型的分子机制；解析了PLK4通过磷酸化IKBKE蛋白来发挥调控胶质瘤化疗敏感性的分子机制。.科学意义.本项目借助于组学平台和分子生物学技术，验证了PLK4在胶质瘤中的新功能，并解析了其分子机制。通过本项目的研究，为后续开发胶质瘤化疗增敏、免疫治疗的新靶点和诊断用生物标志物提供了理论基础和技术支撑。