Smurf1介导的RhoB泛素化降解在细胞凋亡和肿瘤发生发展中的作用机制的研究

In contrast to its closely related family members RhoA and RhoC that are frequently overexpressed in various human tumors, RhoB is a potent tumor suppressor and its level is found decreased in various types of human cancer. Although it is over a decade that RhoB was found as a short-lived protein, the responsible E3 ubiquitin ligase for its degradation remains elusive. In our previous study we found that Smurf1 can target RhoB for ubiquitination and degradation, and exerts a key role in determining the susceptibility of apoptosis in response to DNA damage. Treatment of UV or MMS markedly promoted self-degradation of Smurf1 and resulted in an increase of steady-state levels of RhoB, which is critical for the induction of apoptosis. Furthermore, we observed up-regulation of Smurf1 and down-regulation of RhoB in human colorectal tumor tissues. Therefore, we will further pursue the upstream signal and elucidate the molecular mechanism by which Smurf1 level is regulated. Moreover, we will examine the role of Smurf1-regulated RhoB protein levels in tumorigenesis, which might raise a potential approach for cancer therapy by inhibiting Smurf1-mediated RhoB degradation.

与它的两个同源性很高的家族成员RhoA和RhoC不同，RhoB被认为是一个重要的抑癌因子，其在癌组织中表达常常会被显著降低。尽管人们早已知道RhoB是一个短寿蛋白，然而调控其泛素化降解的E3泛素连接酶却一直不知道。我们在前期的研究中发现E3泛素连接酶Smurf1能够调控RhoB的泛素化降解，并且决定了细胞对DNA损伤所诱导的细胞凋亡的敏感性。我们发现DNA损伤会通过促进Smurf1的自身降解使得RhoB的蛋白水平显著提高，进而导致细胞的凋亡。同时，我们也发现在肠癌组织中存在Smurf1水平上调而RhoB的水平下调的现象。在此基础上，我们将进一步探讨促进Smurf1降解的上游信号通路，阐明DNA损伤通过调控Smurf1介导的RhoB降解来影响细胞凋亡的分子机理。此外，我们也将考察Smurf1与RhoB水平的变化与肿瘤发生发展的关系，为以RhoB为靶点进行癌症的诊断和治疗提供新的思路和实验依据。

蛋白质分子的异常降解会导致多种人类重大疾病的发生，特别是一些重要抑癌因子的异常降解与癌症的发生发展密切相关。Rho家族小分子G蛋白是细胞内关键的调控分子，参与调控了细胞内包括细胞骨架和细胞迁移、基因表达、细胞的生长与分化、细胞周期以及膜泡运输等众多的生理生化过程。RhoA、RhoB和RhoC是这个家族中同源性很高的三个成员。然而，尽管三者在调控细胞骨架的形成中都起着重要的作用，但是它们在调节许多其它的细胞生物学功能中的作用不尽相同。特别是在癌症的发生发展中，RhoB与RhoA和RhoC具有完全不同的作用。RhoA和RhoC在癌组织中通常是高表达的，而RhoB则是一个重要的抑癌因子，其在癌组织中表达常常会被显著降低。尽管人们早已知道RhoB是一个短寿蛋白，然而调控其泛素化降解的E3泛素连接酶却一直不知道。我们的研究发现Smurf1不仅可以介导Rho家族的小G蛋白RhoA的泛素化降解，还可以泛素化降解其同家族蛋白RhoB。有趣的是，Smurf1所介导的RhoB的泛素化降解与其介导的RhoA的泛素化降解的细胞生物学功能并不相同。Smurf1介导的RhoA的泛素化降解主要是在细胞骨架的动态调控中起作用，而Smurf1介导的RhoB的泛素化降解则是在DNA损伤所引起的细胞凋亡中发挥着重要的功能。我们进一步的机理研究发现，在正常情况下，Smurf1降解RhoB使其处于一个相对较低的蛋白水平，当细胞受到紫外照射或烷基化试剂处理导致单链的DNA损伤时，激活的ATR/Chk1信号通路会通过Chk1磷酸化Smurf1以增强Smurf1的自身泛素化降解，使得Smurf1的蛋白水平下调，从而导致 RhoB的蛋白水平上调，进而促进DNA损伤引起的细胞的凋亡。目前的一些研究表明Smurf1在一些肿瘤组织中的表达水平明显上调，并且自肿瘤的发展中起着重要的作用。我们的研究结果提示Smurf1在肿瘤中高表达可能会导致RhoB的过度泛素化降解，进而在肿瘤的发生过程中也起着重要的作用。