microRNA-105基因簇介导的调控网络在肝癌细胞代谢中的功能研究

Liver is the cruicial metabolic organ and oncogenic status can also drive multiple metabolic changes. Previous studies indicated that microRNA play a key role in regulating energy metabolism, especially which are embedded in the introns of some coding genes. These microRNAs may be coexpressed and cooperated with the host genes to lead to corresponding phenotypic alterations. Our preliminary data demonstrated that miR-105 and miR-767 were embedded in the intron of GABRA3, which were coexpressed with GABRA3. Furthermore, we also indicated that miR-105 and miR-767 could negatively regulate PDHX and PDHA1 expression, respectively, which were important components of PDC. MXI-1 was also a direct functional target of miR-105. Therefore, we hypothesized that a complex and fine-tuning regulatory network maybe exists in this gene cluster. Based on these findings, we want to answer the following questions in this project, (i) The coexpressed mechanism of multiple genes, including microRNAs and protein-coding genes in this cluster. (ii) To clarify the feedback regulatory network motif in this gene cluster. (iii) To investigate the correlation between GABRA3-miR-105-miR-767 cluster and human hepatocellular carcinoma (HCC) clinico-pathological variables. (iiii) To probe the function and to evaluate the therapeutic effect of this gene cluster in cell lines and mice models. We intend to demonstrate a novel mechanism of HCC cell metabolism and approach for the treatment of HCC.

肝脏是机体最重要的代谢器官，其发生癌变会引起广泛的代谢表型异常。研究显示，microRNA在代谢调控中发挥重要功能，尤其是位于基因内含子区的microRNA，与宿主基因协同作用调控多种细胞表型，可能是广泛存在且至关重要的机制。前期工作显示，miR-105、miR-767位于GABRA3内含子区，与宿主基因协同表达，促进肝癌发生及进展；miR-105、miR-767分别影响PDHX与PDHA1表达，且miR-105可通过抑制MXI-1表达，促进GABRA3-miR-105-miR-767基因簇转录，推测该基因簇可能存在复杂的反馈调控网络。据此提出本项研究：利用表达分析方法研究基因簇的协同转录机制，利用表达调控研究方法阐述基因簇内的反馈调控机制，在细胞水平及动物水平研究其在肝癌细胞代谢中的功能。本项目将为阐释microRNA介导的基因组内多信息层相互作用在肝癌代谢调控中的功能奠定坚实的基础。

肝细胞癌做为一种世界范围内尤其是我国主要的原发性恶性肿瘤，患者众多，治疗的策略是否得当将直接影响到患者预后生存期及生活质量，并且高昂的医疗费用给患者家庭及社会均带来重大的负担。因此，在肝细胞癌中进行精准医疗研究迫在眉睫。本项目前期工作显示，miR-105、miR-767位于GABRA3内含子区，与宿主基因协同表达，促进肝癌发生及进展；miR-105、miR-767分别影响PDHX与PDHA1表达，且miR-105可通过抑制MXI-1表达，促进GABRA3-miR-105-miR-767基因簇转录，推测该基因簇可能存在复杂的反馈调控网络。但由于项目批准后的2014年，分别在Cancer Cell等高水平杂志发表文章，项目大部分内容已经被证实，针对此不利局面，我们进行了项目方向的调整。. 我们针对工作基础中同时筛选出的miR-21、miR-34a/b/c和miR-449a/b/c进行了深入研究。在肝动脉灌注化疗（HAIC）中，吡柔比星/氟尿嘧啶方案靶向miR-21/AP1是HAIC发挥作用的重要靶点，且miR-21可以作为潜在的生物标记物预测HAIC吡柔比星/氟尿嘧啶方案的预后，文章于2014年发表在《Oncotarget》；通过进一步临床试验，可以将结果转化为临床。课题组又发现miR-34a/b/c在肝癌的发生发展中可以显著抑制肿瘤在细胞、动物水平的增殖和生长，并且通过靶向重要的靶点CTNND1，在肝细胞癌中发挥了抑癌作用；该结论可以进一步说明miR-34a/b/c作为抑癌基因在肝细胞癌中作用的分子机制。. 同时，miR-449a/b/c上游启动子区的甲基化水平调控miR-449a/b/c的表达，课题组发现，受到DNA甲基化调控的miR-449a/b/c通过靶向ESRRA/PGC1B/LDHA轴，能够明显抑制肿瘤的增殖、侵袭和转移，并且miR-449a/b/c上游启动子区的甲基化水平可以有效预测DNA甲基转移酶抑制剂Aza的治疗效果，我们分别在细胞水平、裸鼠皮下成瘤模型和人源异位移植瘤（PDX）模型水平重复了以上结果。证明了miR-449a/b/c是一个重要的抑癌基因的靶点，而miR-449甲基化水平可以作为重要的生物标记物预测Aza治疗的效果，从而为肝细胞癌的治疗打开了新的思路。