IRE1α通过β-catenin调控结肠癌细胞生长的作用与机制研究

Colon cancer is a common malignancy. The underlying mechanisms remain unclear and there are less effective therapeutic methods. When cells are in endoplasmic reticulum stress (ER stress), the unfolded protein response (UPR) is activated. ER stress and UPR are popular in tumor cells and they play an important role in development of cancers. Targeting UPR is already a strategy for cancer therapy, however, the exact role and molecular mechanism of UPR in cancers are not unclear. We find that expression of IRE1α, a key player in UPR, is upregulated in human colon cancers. Knockdown of IRE1α decreased the expression of β-catenin and its downstream genes c-Myc and CCND1, leading to inhibition of cell cycle progression of colon cancer cells. As a pro-oncogene, β-catenin regulates cell proliferation and plays a critical in development of colon cancer. We propose that IRE1α regulates proliferation of colon cancer cells via β-catenin and plays an important role in development of colon cancer. By using cell and IRE1α-knockout mouse models, we will study the role and mechanism of IRE1α in regulating proliferation of colon cancer cells through β-catenin.

结肠癌是常见恶性肿瘤，其发病机制不清且缺乏有效治疗手段。细胞处于内质网应激(ER stress)时激活未折叠蛋白反应(UPR)，ER stress和UPR普遍存在于肿瘤细胞中并在肿瘤生长过程中发挥重要作用。靶向UPR通路已成为肿瘤治疗的一个策略，但UPR在肿瘤中的具体作用和机制尚不十分清楚。我们发现：UPR中的一个关键调控蛋白IRE1α在结肠癌中高表达；抑制IRE1α表达导致β-catenin及其调控的下游基因如c-Myc和CCND1的水平下降，引起结肠癌细胞周期进程受阻。作为原癌基因，β-catenin可调控细胞生长，是结肠癌发展过程中的一个关键基因。基于此，我们推测：IRE1α通过β-catenin调控结肠癌细胞生长，在结肠癌的生长过程中起重要作用。本项目中，我们将利用细胞和肠上皮IRE1α敲除小鼠模型，重点研究IRE1α通过β-catenin调控结肠癌细胞生长的作用和分子机制。

1、背景：.结肠癌作为最常见恶性肿瘤，严重危害着公众健康。作为未折叠蛋白响应通路中的关键分子，IRE1a是肿瘤治疗策略中一重要潜在靶标。但其在结肠癌中的作用和分子机制尚不清楚。我们前期结果发现IRE1a影响肠癌发展过程中的关键蛋白-catenin的表达。我们推测IRE1a通过b-catenin调控结肠癌细胞生长，在结肠癌的生长过程中发挥重要作用。该项目围绕此假设展开研究。.2、主要研究内容.（1）IRE1a对肠癌细胞生长的影响.（2）IRE1a对肠癌细胞裸鼠成瘤的影响.（3）IRE1a对肠类囊体生长、肠上皮干细胞活力以及肠癌干细胞的影响.（4）利用Ire1a(IEC-KO)小鼠研究IRE1a对肠肿瘤生成的影响.（5）IRE1a调控b-catenin的机制探讨.（6）IRE1a小分子抑制剂对结肠癌生长的影响.3、重要结果.（1）发现IRE1a体外促进结肠癌细胞增殖和小鼠体内结肠癌细胞肿瘤生长的作用，表明IRE1a发挥促结肠癌生长的功能。.（2）体外肠类囊体实验表明，IRE1a促进肠类囊体的生长，同时促进Lgr5, BMI,ALDH2等肠干细胞基因的表达。表明IRE1a促肠干细胞的生长。.（3）肠上皮细胞IRE1a敲除小鼠成瘤实验表明，IRE1对外界诱导肠肿瘤的发生过程中起重要的作用。.（4）小鼠实验表明，IRE1a核酸酶抑制剂可以有效抑制肠癌细胞在小鼠体内的成瘤作用。.（5）机制研究显示，IRE1a敲除/抑制可以激活PERK/eIF2a通路，抑制了b-catenin的表达，进而b-catenin下游通路，导致肠癌细胞生长的抑制。.4、关键数据.（1）敲减IRE1a抑制肠癌细胞增殖和小鼠体内成瘤。.（2）敲减IRE1a抑制肠类囊体的生长和肠干细胞基因表达。.（3）小鼠肠上皮细胞敲除IRE1a后，小鼠对外界诱导肠道肿瘤发生的作用变得不敏感.（4）IRE1a抑制剂可以有效抑制肠癌细胞动物体内成瘤。.（5）IRE1a的敲除可以激活PERK通路，起到抑制b-catenin表达的作用。.5、科学意义.该工作揭示IRE1a在结肠癌中的作用以及发挥作用的分子机制；并利用小分子抑制剂和动物模型，探讨了靶向IRE1a对结肠癌生长的抑制作用。这些研究成果有助于了解IRE1a在结肠癌中的作用与机制，为今后疾病的治疗提供潜在靶标和科学依据。