可控活化的Caspase-3/7的非凋亡功能在乳腺肿瘤发生及发展过程中的作用

Cancer cells differ from normal cells in that they can immortally grow by escaping apoptosis. However, most of cancer cells acquire apoptosis-resistance ability by inactivating up-stream signals that trigger caspases cascades not by directly removing caspases, suggesting that caspases might be vital to carcinogenesis. We developed biosensors that can measure in real time caspases' activity in live cells and applied them in breast cancer cells to screen basally activated caspases. We indentified a low level of activated caspase-3/7 that were indispensable to the growth of breast cancer cells, supported by our further results obtained with shRNA and chemical compounds against caspase-3/7. Caspase-3/7 are the principal executioners in the apoptotic pathways, and they usually undergo cascade amplification. Our results showed that caspase-3/7 activity was controllably activated in breast cancer cells to avoid apoptosis but contribute to growth. Therefore, dissecting the mechanisms underlying how breast cancer cells conduct controllable activation of caspase-3/7 and figuring out the non-apoptotic role of controllably activated caspase-3/7 in the initiation and progress of breast cancer cells would be helpful to understand breast carcinogenesis as well as to find out the specific anti-breast cancer targets. The inhibition of these targets should either specifically kill breast cancer cells or sensitize them to clinical chemotherapeutical drugs. Moreover, in view of the generality of apoptosis-associated caspases in cancer cells, these findings may not be limited to breast cancer, and these anti-cancer targets most likely apply to other cancers.

绝大多数肿瘤通过抑制Caspase的上游信号途径而不是通过直接灭活凋亡途径中的Caspase来避免凋亡的，说明这些Caspase可能在肿瘤的发生发展过程中起了重要作用。我们开发了可在细胞中实时监测Caspase活性的分子工具，并在乳腺肿瘤细胞中进行筛选，发现Caspase-3/7存在有限的活化，且它们对乳腺肿瘤细胞的生长是必须的。Caspase-3/7是凋亡途径中最主要的下游效应因子，通常通过级联放大激活导致凋亡。我们的结果显示乳腺肿瘤细胞中Caspase-3/7的活化受严格控制，以致它们的有限活化并不诱导凋亡，但对生长却至关重要。因此，了解乳腺肿瘤细胞控制Caspase-3/7的有限活化的机制及其在乳腺肿瘤发生及发展过程中的作用，有助于了解乳腺肿瘤的发病机制及找出特异治疗靶点，抑制这些靶点或特异杀死乳腺肿瘤，或提高它们对已有临床药物的敏感性。此外，这种机制及相关靶点可能还有一定的广谱性。

细胞有多种死亡方式，凋亡、自噬和坏死等，许多抗癌药物的靶点，最终都要汇集到一条路上--启动细胞的凋亡程序，促进细胞的死亡。Caspase是一种广泛表达的半胱氨酸蛋白酶，在细胞凋亡中起着重要作用。在生理情况下，半胱天冬酶以非活性形式表达，蛋白酶活性极低。死亡诱导刺激导致半胱天冬酶的天冬氨酸残基裂解，N-端抑制域去除，进入细胞凋亡的破坏阶段。但是在凋亡中，对经典途径之外的其他途径的认识仍非常有限。.本课题主要利用CRISPR-CAS9技术构建了同时敲除4个基因的细胞模型，即敲除Caspase-3, Caspase-7, Caspase-8, Caspase-9这4个经典凋亡通路的起始以及效应Caspase,并通过逐一回补各蛋白，探究Caspase除经典凋亡功能外可能存在的其他功能。Caspase-8，作为凋亡途径的关键启动型Caspase，被报道还有一些非凋亡功能，所以其功能远超出目前的认识。我们的研究发现，Caspase-8导致的细胞死亡，能够通过一种新的方式来实现，该方式不依赖其酶活性，也就是说与凋亡活性没关系，并且与Caspase激活途径及线粒体无关。更重要的是，我们发现Caspase-8能够与溶酶体膜H+泵的亚基相互作用，这提示其可能通过破坏溶酶体，来影响肿瘤细胞的命运。.在本课题中，明确Caspase-8对肿瘤细胞存活力的影响，除了激活凋亡这广为人知的通路外，还发现其影响溶酶体腔内pH，促进溶酶体的碱化，从而导致肿瘤细胞死亡。解决这些问题，不仅使我们对Caspase-8对肿瘤细胞的影响有了更加深入的认识，并且为肿瘤的治疗提供了新的思路。.此外，在本项目的支持下，我们发表了7篇论文，包括SCI论文4篇，中文论文3篇，初次之外，本课题的研究也为靶向Caspase-8的新功能的肿瘤治疗，提供一定的实验基础。