19q13重叠基因可变剪接在多环芳烃类环境污染物致肺癌变中的特征及意义

The development of lung carcinoma is due to the interaction between environment and inheritance. Genetic polymorphisms in 19q13 as susceptibility biomarkers to predict lung cancer are focused recently. Alternative splicing is an important mechanism to produce protein diversity and gene expression complexity, which is also regard as an important resource of cancer. According to our previous study, we found that ERCC1, CD3EAP, PPP1R13L located in 19q13 overlapped each other and have special function in DNA repair, cell proliferation, apoptosis and malignant transformation. The overlapping genes have their own splicing isoforms with special functions, and especially a whole unique alternative splicing model is indispensible to reflect the cooperation of gene during the malignant transformation. Bio-information prediction, the detection of PAHs exposure in lung cancer cases and controls, molecular characteristic analysis of lung carcinoma, in vitro transfected model based on CRISPER-Cas9, combining with a malignant transformation experiment will be used to clarify the feature and mechanisms of alternative splicing during malignant transformation induced by environmental carcinogens as PAHs. The purpose of our current study is to find the possible susceptibility biomarker and molecular targets related to lung carcinogenesis and provided some new clues to realize early prevention and individualized treatment.

肺癌的发生发展是环境与遗传交互作用的结果，19q13遗传变异一直是肺癌易感性生物标志研究的热点。可变剪接是蛋白质多样性和基因表达复杂性的重要机制，其异常表达成为恶性肿瘤的重要标志。本项目根据前期工作提出位于19q13的重叠基因ERCC1、CD3EAP、PPP1R13L不但各自存在具有不同生物活性的剪接异构体，可能在多环芳烃类致癌物所致DNA损伤修复、细胞增殖凋亡及恶变中发挥关键作用，而且受到相邻重叠基因的影响，以整体可变剪接模式在肺癌发生中实现基因功能的协作。本项目拟应用生物信息学预测、多环芳烃内暴露与肺癌组织标本分子特征的关联分析、基于CRISPER-Cas9的体外转染试验验证及恶性转化试验探究相结合的方法，阐明19q13重叠基因可变剪接在多环芳烃类环境污染物致肺癌变中的特征及意义，为找寻明确的肺癌易感性生物标志与分子效应靶点，探讨肺癌发病机制，实现精准的早期预防和合理治疗提供科学依据。

肺癌的发生发展是环境与遗传交互作用的结果，在大气污染及香烟烟雾中的多环芳烃类环境致癌物与肺癌发生具有因果联系。19q13遗传变异一直是肺癌易感性生物标志研究的热点。可变剪接是蛋白质多样性和基因表达复杂性的重要机制，其异常表达成为恶性肿瘤的重要标志。本项目发现位于19q13的重叠基因ERCC1、CD3EAP、PPP1R13L不但各自存在具有不同生物活性的剪接异构体，在多环芳烃类致癌物所致DNA损伤修复、细胞增殖凋亡及恶变中发挥关键作用，而且受到相邻重叠基因的影响，以整体可变剪接模式在肺癌发生中实现基因功能的协作。本项目应用生物信息学预测、肺癌标本分子特征分析、恶性转化细胞模型及体外功能验证相结合的方法，研究位于19q13的重叠基因可变剪接异构体的特征及作用。首先我们发现原癌基因PPP1R13L与多环芳烃致癌作用模式的关键分子事件密切相关，短型异构体可以通过抑制P53的凋亡功能，成为在肺鳞癌恶性变过程中的特异性可变剪接模式。长型异构体通过与TP53、SP1形成负反馈机制影响多环芳烃所致恶性转化及尼古丁所致上皮间充质转化。其次发现核苷酸切除修复关键限速酶基因ERCC1的外显子跳跃型可变剪接与基因毒类药物敏感性密切相关，提出RNA结合蛋白PRPF8作为剪接因子靶向调控ERCC1外显子3跳跃的剪接事件及激活天然免疫通路cGAS-STING的意义。此外ERCC1可变剪接产物lncRNA：AC138128.1和circRNA：hsa_cic_0051488也在肺癌的易感及预后中具有一定作用。最后我们发现19q13重叠基因通过接受相邻基因信号形成不同的转录模式，ERCC1的3’UTR剪接异构体可能激活PPP1R13L和CD3EAP间双向启动子在转录水平发挥作用。而PPP1R13L和CD3EAP共同作用于下游NF-κB信号通路的RelA，使19q13重叠基因成为一个有机整体。本项目研究成果对于探讨多环芳烃的化学致癌机制、寻找肺癌易感生物标志具有重要价值。在本项目的资助下，已发表SCI源期刊论文11篇，中文核心期刊论文3篇。共参加学术会议交流8次，分会场报告3次，发表6篇会议论文。本项目共培养博士研究生6名，硕士研究生2名。