嘌呤代谢异常维持基因组稳定性在肿瘤耐药克隆选择中的作用及机制

De novo nucleotide biosynthesis is often upregulated in cancer cells, and it is believed that sufficient nucleotide pools are required to maintain genomic stability and to bypass oncogene-induced senescence. By integrating genomic and clinical data with functional findings, we identified relapse-specific mutations in PRPS1 and elucidated a novel drug resistance mechanism involving deregulated feedback modulation of purine biosynthesis. We also noticed that PPRS1 mutation coexist with RAS mutation in many cases, in which tumor cells accomplish rapid clonal expansion after the acquisition of PRPS1 mutation. However, the detailed molecular explanation remains unclear. In this proposal, we would like to test the hypothesis that PRPS1 mutation can release the oncogenic stress caused by RAS mutation and collaborate together to promote the rapid expansion of drug resistant subclone. Our study will not only provide molecular understanding for clonal evolution during ALL relapse but also implicate potential therapeutic strategies against relapse.

核酸代谢是维持基因组稳定性的重要物质基础，研究表明嘌呤代谢异常与肿瘤基因组稳定性密切相关，但其确切机制不明。我们前期研究发现儿童急性淋巴细胞白血病（ALL）复发样本中存在反馈抑制缺失的磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPS1）耐药突变，且与早期复发高度相关。PRPS1突变比例在临床复发前急剧增加，倾向于发生在RAS突变的ALL细胞中。结合嘌呤代谢调节基因组稳定性的最新进展，我们前期结果提示PRPS1基因突变协同RAS突变可能会通过维持基因组稳定性以促进肿瘤耐药克隆的选择和扩增。本项目拟以儿童ALL为研究模型，研究ALL复发样本的基因组和代谢组特征，解析PRPS1调控癌基因压力和基因组稳定性的分子机制；同时以RAS和PRPS1突变遗传共存性为基础，从细胞、动物和患者等多层次研究PRPS1突变在肿瘤细胞克隆进化，获得性耐药和复发中的作用，为进一步研究核酸代谢在肿瘤发生、发展中的作用打下基础。

我们以儿童急性淋巴白血病（ALL）复发克隆演化为主线，建立研究耐药复发整个过程的体外和体内模型，及基于全基因组测序研究基因组稳定性调控和基于代谢流检测嘌呤合成代谢的新方法学，进而研究嘌呤合成代谢维持基因组稳定性在肿瘤克隆演化中的作用和机制。我们建立耐药复发体内模型，揭示耐药复发起始亚克隆在骨髓微环境中的生存机制，并在此基础上发现基因损伤应答（DDR）能调控肿瘤微环境重塑，扩展了DDRl理论的普遍生物学意义。我们把最新基因组学和生物信息分析技术应用到复发特异新型突变印迹及其生物学特征的研究上，为系统研究基因组不稳定性在耐药复发突变获得中的作用打下了基础。我们发现化药（6-TG）和错配修复基因(MMR)突变通过一种复发特异的Thio-dMMR突变印迹诱导肿瘤细胞基因组不稳定性，获得TP53 R248Q热点突变机制，进而克服克隆演化中基因损伤发应，并与MMR突变联合形成多药耐药克隆选择的分子机制。我们建立核酸代谢流和组学方法学，继续研究嘌呤和嘧啶代谢在儿童白血病中的作用机制，并探索不同靶向治疗策略。我们在前期建立模型和方法学的基础上，研究复发白血病样本的基因组和代谢组特征，发现复发特异PPRS1突变获得及其在克隆选择中的分子机制，并解析PRPS1调控癌基因压力和基因组稳定性的分子机制。综上所述，本项目建立了一系列ALL耐药复发体内体外模型，及一系列基因组和代谢组方法学，发现核酸代谢在肿瘤发生和发展中的重要作用及相关治疗策略。