C-Myc启动子区域G-四链体结构调控在结直肠癌治疗中的作用及机制研究

Aberrant expression of oncogene c-Myc is closely associated with the initiation and progression of colorectal cancer (CRC). In the nuclease hypersensitive element (NHE) III1 region of the c-Myc promoter, certain G-rich DNA sequences could fold into non-canonical secondary structures, called G-quadruplexes, modulating the formation of these G-quadruplex structures has become a hot topic in recent anticancer research. In our previous studies, synthesized compound XLW1218 and its analogues have been identified to induce and stabilize the formation of G-quadruplex structures, and the application of these compound has been validated to inhibit cell proliferation and down-regulate c-Myc expression in CRC cells. In this project, we plan to evaluate whether these compounds could potentially be used as anti-CRC agents in the absence of cells, cell and animal levels, and the potential mechanism whether the compounds could eventally suppress c-Myc expression by modulating the formation of G-quadruplex in c-Myc promoter will be investigated. Further, human CRC tissue samples will be used to evaluate the role of G-quadruplex formation in the promoter regions of G-rich oncogenes in the initiation and progression of CRC. These findings will provide the fundamental evidences for the possibility of compound XLW1218 and its analogues to be used as anti-CRC agents. And the futher investigation of the association between G-quadruplex formation in the promoter regions of cetertain oncogenes and the initiation/ progression of CRC by using human CRC tissue samples, will eventally provide theoretical basis for setting the G-quadruplex formation in the promoter regions of G-rich oncogenes as a target in CRC therapy.

癌基因c-Myc异常表达与结直肠癌 (colorectal cancer, CRC)的发生发展密切相关。c-Myc启动子区域含有可形成G-四链体的富鸟嘌呤（G）序列，以其启动子区域G-四链体形成为靶点的抗肿瘤治疗已成为目前研究热点。我们前期研究发现可调控G-四链体形成的化合物XLW1218及其类似物可抑制CRC细胞增殖并下调c-Myc表达。本课题拟在无细胞、细胞、动物水平上评价其作为抗CRC潜在药物的可能性，探讨其通过诱导c-Myc启动子区域形成G-四链体抑制c-Myc表达的潜在作用机制；并利用CRC临床标本，探讨c-Myc启动子区域G-四链体的形成在CRC发生发展中的作用。本课题的完成将为XLW1218及其类似物作为抗CRC候选药物提供科学依据；并将从临床角度探讨c-Myc的表达、G-四链体的形成与CRC发生发展的相关性，为以癌基因启动子区域G-四链体形成为靶点治疗CRC提供理论依据。

众多与癌症形成、分化、转移相关的癌基因启动子区域含有富G序列，在特定条件下可形成一种特别的核酸二级结构G-四链体（G4），抑制下游基因的表达，是抗癌的理想靶点。项目围绕“阐明化合物XLW1218及其类似物抗结直肠癌的作用及机制，探讨G4作为抗结直肠癌治疗靶点的有效性”展开研究。其中用于稳定G4形成的XLW1218及其类似物（三价有机砷化物）抗结直肠癌的作用及机制研究已发表了相关论文，发现我们的目标化合物具有良好的抗肿瘤活性，对正常细胞具有较好的选择性。G4在结直肠癌发生发展方面的潜在作用和机制探讨，及G4作为抗结直肠癌潜在治疗靶点等方面的研究正在深入开展中。我们预测了全基因组的潜在G4位点，并与TCGA结直肠癌数据中的基因突变位点进行比对分析，得到了潜在的可能受基因突变影响的G4位点，在体外实验中证实了这些体细胞突变可降低G4的稳定性；并在细胞内的这些位点证实了G4的存在，使用G4稳定剂处理细胞可显著抑制启动子区存在G4序列的MYC基因的转录，提示稳定的G4可表观调控基因表达；目前正通过MassArray技术在大样本结直肠癌标本中验证这些突变位点与远期复发和生存的关系。此外，我们通过全转录组RNA-seq测序分析观测了化合物稳定G4形成后结直肠癌细胞的转录组改变，发现差异表达mRNA绝大多数受到G4的调控，在稳定G4后表达水平显著升高。基于此，我们对最初提出的科学假说进行了修正和完善：小分子化合物可稳定c-Myc启动子区G4形成，利于转录起始复合物在启动子区的富集，从而正向调控c-Myc基因的表达。这些差异表达mRNA，为后续筛选G4稳定剂治疗结直肠癌敏感性的分子标志物、开发G4稳定剂耐药治疗的靶标分子，提供了一定的理论和实验基础。在项目开展过程中一些新的发现也及时拓展开，如结合临床病理危险因素的多因素模型在结直肠癌发展中的预测作用研究及其他临床疾病病理机制方面的探讨等。