SMC4促进前列腺癌细胞转移的分子机制研究

Prostate cancer is the most common malignancy and the second leading cause of cancer-related death in men in the United States. Tumor metastasis is the primary factor of death in patients with cancer, and it tends to show the organ specificity. However, molecular mechanism of cancer organ-specific metastasis remains unclear. We previously established organ-specific metastatic animal models including lung metastasis model and bone metastasis model. Using lung metastasis model, we isolated lung metastatic cancer cells, and observed abnormal expression of SMC4 gene by RNA-seq. The SMC4 gene also appeared abnormal in human prostate cancer tissues by searching TCGA database and GO analysis. Therefore，we hypothesis that SMC4 gene promotes prostate cancer cells migration, invasion, and increases engraftment and proliferation in distant tissues by regulating the expression of downstream gene. In current study, we knocked out SMC4 gene in lung specificity mouse prostate cancer cells and human prostate cancer cells respectively using CRISPR/Cas9 technology, exploring the mechanism of prostate cancer cells organ specificity of metastasis.

前列腺癌（prostate cancer, PCa）是常见的男性泌尿系统恶性肿瘤之一，其发病率在所有男性恶性肿瘤中位居第二位。肿瘤转移是造成癌症患者死亡的首要因素，但肿瘤转移往往表现出器官特异性。我们前期研究分离获得了肺特异性转移的小鼠前列腺癌细胞，经过RNA-Seq测序发现SMC4基因在转移性肿瘤细胞中表达异常。随后，通过与TCGA数据库比较及GO分析，显示人的前列腺癌组织中SMC4基因同样表达异常。为此，我们提出肿瘤组织中SMC4基因通过调控下游基因的表达，促进肿瘤细胞迁移、侵袭以及在远端组织中的定植和增殖的假说。本项目在前期的工作基础上，将采用CRISPR/Cas9技术分别敲除肺特异性转移的小鼠前列腺癌细胞和人前列腺癌细胞的SMC4基因，研究前列腺癌细胞器官特异性转移的作用机制。

染色体结构维持蛋白家族SMC (Structural maintenance of chromosome)是一类普遍存在于真核生物界的高度保守的ATP酶。真核生物集缩素（condensin）的主要作用是在细胞周期过程中调控染色体的动态变化，可保持染色体结构的稳定性并参与真核细胞的有丝分裂，它是由SMC2/SMC4异二聚体和3个起调节作用的非SMC亚基组成。染色体4（SMC4）的结构维持是凝缩蛋白复合物I的核心亚基，它参与染色质凝缩和基因调控。SMC4已被证实可调节多种癌症的发展和致癌作用。研究人员发现SMC4在人类原发性肝细胞癌中表达量很高； 且SMC4的高表达是结直肠癌患者生存不良的独立预测因子； SMC4的高表达与神经胶质瘤的侵袭性有关。然而，SMC4在调节前列腺癌中的作用尚不清楚。.我们之前的结果表明，SMC4在高肺转移性前列腺癌细胞（RM1-LM）中的表达增加。在本项目中，我们利用CRISPR/Cas9靶向SMC4基因对RM1-LM细胞进行敲除，结果发现双等位基因敲除的细胞无法存活，而敲低的SMC4基因细胞则继续增殖。生物学功能表明，敲低SMC4基因可以抑制RM1-LM细胞的迁移和侵袭。细胞周期结果表明，SMC4敲低细胞在S期阻滞。此外，SMC4敲低后细胞增殖减慢，且平板克隆和软琼脂克隆数量减少。小鼠体内肿瘤形成实验表明，SMC4基因敲低的细胞肺转移率小于RM1-LM细胞的肺转移率。SMC4敲低后，细胞自噬增加。综上所述，本课题的研究揭示了SMC4在前列腺癌的肺特异性转移中的关键作用，并为转移性前列腺癌的机制提供了新的见解。但是，SMC4基因如何参与前列腺癌的转移尚需进一步研究。.关键词：前列腺癌，CRISPR/Cas9，SMC4，肿瘤转移