组蛋白H3K36甲基转移酶SMYD2在乳腺癌发生发展中的作用及其分子机制研究

Epigenetic modifications associated with the tumorigenesis and metastasis, however,the mechanism of which is still unclear. The project is based on our previous study that H3K36-specific methyltransferase SMYD2 interacted with NuRD complex,such as MTA1 etc.We also found that SMYD2 played an important role in inhibiting the cells apoptosis, promoting cell proliferation and tumor metastasis. The expression of epithelial markers: α-catenin,γ-catenin were up-regulated，and mesenchymal markers: Vimentin, N-cadeherin were down-regulated when SMYD2 was knockdown, which indicated that SMYD2 promoting EMT process. Besides，we found SMYD2 specific highly expressed in breast cancer tissues, and positively correlated with the malignant degree of breast cancer. Therefore, the above results showed that the SMYD2 promoting breast cancer metastasis. And on this basis, we will analyze the genome-wide transcriptional targets of SMYD2 using ChIP-seq approach. These target genes will be further validated. Futhermore, we will study the mechanism of SMYD2 supressing metastasis at cellular, animal and human tissue specimens levels, and provide a new target for diagnosis and treatment of tumor metastasis.

表观遗传修饰与肿瘤的发生和转移过程密切相关，但其确切机制却尚未明确。本项目的前期研究发现组蛋白H3K36甲基化酶SMYD2与NuRD复合体成员MTA1等存在相互作用。我们还发现SMYD2能抑制细胞凋亡，促进细胞增殖和侵袭转移；干扰SMYD2能上调α-catenin等上皮标志物的表达，下调Vimentin等间质标志物的表达，提示SMYD2促进上皮-间质转换（EMT）过程。另外，免疫荧光实验发现SMYD2在乳腺癌组织中特异性高表达，并与乳腺癌的恶性程度正相关，提示其可能在乳腺癌的发生及转移过程中发挥重要作用；在此基础上，我们采用ChIP-seq分析获取SMYD2所调控的靶基因并加以分析验证，探索其在调控乳腺癌细胞各项生理病理活动中的重要作用和可能机制，并在动物模型和人乳腺癌病理标本中加以验证。最终阐明SMYD2促进乳腺癌增殖转移的分子机制，为人类乳腺癌治疗提供新的分子靶点。

组蛋白和非组蛋白的翻译后修饰（PTMs）在许多通路中都很普遍，包括癌症相关通路。在这些修饰中，非组蛋白的甲基化修饰在广泛的细胞功能中起重要作用，影响多种细胞进程，比如细胞信号转导和癌症。SMYD家族是赖氨酸甲基转移酶，包含SYMD1-5五个家族成员，这些成员在细胞质和细胞核中都广泛表达，他们都包含一个SET甲基转移酶结构域，锌指结构域（MYND），以及至少一个C末端肽重复序列结构域（TPR）。MYND结构域和TPR结构域都能行使蛋白-蛋白相互作用。SMYD2是研究的最多的赖氨酸甲基化酶之一，能甲基化H3K36和H3K4，以及一些非组蛋白，如p53,RB,HSP90AB1,ERa,PTEN以及PARP1。EMT是探究癌细胞侵袭转移机制的研究热点。但是，SMYD2在EMT和肿瘤发生中的作用目前仍然未知。PRC2复合物是一个经典的组蛋白甲基化复合物，由EZH2或EZH1，EED,SUZ12以及RBBP4/7组成。EZH1或者EZH2是PRC2的核心组分，特异性催化H3K27的单甲基化，二甲基化和三甲基化。PRC2通过染色质固缩和抑制基因表达在胚胎发育和肿瘤发生过程中发挥重要作用。研究发现EZH2的高表达与乳腺癌晚期及不良预后正相关。我们的研究内容主要是围绕SMYD2能甲基化EZH2的307位赖氨酸展开的。我们首次发现EZH2是SMYD2的一个新底物，SMYD2能二甲基化EZH2的307位赖氨酸，并促进EZH2的稳定性和转录活性。LSD1能去除这一甲基化。并且，SMYD2和EZH2共同转录抑制一系列肿瘤相关基因，包括RASSF1，SIAH1等，影响乳腺癌细胞的增殖和侵袭转移。在EZH2 K307R突变小鼠中c-Myc或E2F等癌症相关通路被抑制，与野生型小鼠相比，Ezh2 K307R小鼠更不易患癌。我们的结果表明SMYD2促进肿瘤发生，提示SMYD2-EZH2通路可作为临床上肿瘤治疗的重要分子靶点。