PIG3-DNA-PKcs信号通路调控电离辐射诱发的有丝分裂灾变机制研究

Mitotic catastrophe is one of the main forms of cell death induced by ionizing radiation. However, the molecular mechanism has not been fully elucidated. Our preliminary data showed that p53-inducible gene 3 (PIG3) localizes at the mitotic spindle structure. Depletion of PIG3 inhibits microtubule growth, and causes mitotic aberrant including chromosome misalignment at metaphase. Moreover, the expression of PIG3 is induced by irradiation in a dose dependent manner and PIG3 could directly interact with DNA-PKcs which is an essential regulator of DNA DSBs NHEJ repair and is also reported to inhibit mitotic catastrophe. Based on the above evidence, we hypothesize that DNA-PKcs-PIG3 -ROS signal pathway might be an important regulator coupled irradiation induced DNA damage response and mitosis progression. In this project, we will further determine: 1) the relationship between DNA-PKcs and PIG3; 2) the regulation role of DNA-PKcs-PIG3-ROS signal pathway on radiation induced mitotic catastrophe; 3) the potential application of DNA-PKcs-PIG3-ROS signal pathway in radiation protection.

有丝分裂灾变死亡是电离辐射诱发细胞死亡的主要形式之一，目前其发生的分子机制尚不明确。我们的前期工作表明p53诱导基因3(p53-inducible gene 3, PIG3)定位于有丝分裂期纺锤体结构，缺失PIG3细胞微管生长速度显著变慢，出现有丝分裂期染色体错误排列等有丝分裂异常现象。此外，PIG3受辐射诱导表达并存在良好的剂量-效应关系，且与DNA双链断裂损伤修复因子DNA-PKcs存在直接相互作用。而DNA-PKcs抑制电离辐射诱发的有丝分裂灾变。基于上述证据，我们提出研究设想，DNA-PKcs-PIG3-ROS偶联调控电离辐射诱发的DNA损伤修复和有丝分裂进程。本课题将重点探讨，1）DNA-PKcs与PIG3相互调控关系；2）DNA-PKcs-PIG3-ROS信号通路对电离辐射诱发的有丝分裂灾变中的调节作用；3）DNA-PKcs-PIG3-ROS信号通路在辐射防护中的应用潜能研究。

肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，已成为我国城市人口恶性肿瘤死亡原因的第1位。非小细胞肺癌（NSCLC）约占所有肺癌的80%，约75%的患者发现时已处于中晚期，5年生存率很低。尤其对于侵袭转移性NSCLC，生存率更低。因此，找到NSCLC发生发展及侵袭转移的诊断标志物及新的靶向治疗手段显得极为重要。本研究通过检测NSCLC患者癌组织中PIG3的表达，发现NSCLC组织中PIG3明显高表达，表达水平与肿瘤体积、分化程度、病理阶段、远处转移明显正相关，与PIG3低表达组相比，PIG3高表达组病人的总体存活和无病存活均明显缩短，提示PIG3在NSCLC的进展过程中可能起到促进作用。进而对PIG3在NSCLC细胞有丝分裂进程中的作用进行了系统的研究，结果显示PIG3定位于有丝分裂期纺锤体结构并参与纺锤体装配，缺失PIG3细胞微管成核速度显著变慢，并造成有丝分裂期染色体排列异常等有丝分裂异常现象。鉴于PIG3在促进微管生长中的作用，进一步研究了敲减PIG3后NSCLC细胞对化疗药微管解聚抑制剂多西他赛的敏感性，发现PIG3下调后凋亡和衰老细胞数量明显增加，提示多西他赛可以作为PIG3低表达NSCLC患者的靶向治疗药物。进一步通过分析TCGA数据库中肺腺癌和肺鳞癌样本中PIG3 mRNA的表达，发现在肺腺癌样本中淋巴结转移患者PIG3 mRNA的水平明显高于没有转移的患者，而在肺鳞癌样本中淋巴结转移与非转移患者PIG3 mRNA的水平没有差异，提示该基因可作为肺腺癌有无淋巴结转移及不同肺癌亚型的辅助诊断依据。Loss/gain of function实验在体外细胞和体内动物水平均证实了PIG3在NSCLC细胞侵袭转移中具有重要作用。机制研究表明PIG3介导的细胞侵袭迁移是通过FAK/Src信号通路实现的，并发现下调PIG3可增加NSCLC细胞对FAK抑制剂的敏感性，提示FAK抑制剂可以作为PIG3低表达NSCLC患者的靶向治疗药物。此外，放射治疗在肺癌的治疗中发挥重要作用，那么PIG3的异常表达是否会影响肺癌的放射敏感性呢？通过人为干预NSCLC细胞株中PIG3的表达，发现抑制PIG3显著提高了细胞的放射敏感性，高表达PIG3则增加其辐射抗性，推测其机制与改变细胞周期分布和调控辐射诱导的细胞凋亡有关。