Gab1在调节器官发育过程和癌症中的作用

Cell polarity, the generation of cellular asymmetry, is essential for numerous normal biological processes. The beautiful organization and shape of tissues, the ability of cells to migrate in specific directions, and the maintenance of stem cells all require that cell polarity be regulated properly. For these reasons, precise control of cell polarity is critical for normal development, and disordered polarity contributes to many human diseases, including cancer. A group of proteins, termed “PAR proteins” are key regulators of normal cell polarity. Until recently, it has been unclear how PAR protein functions are regulated by extracellular signals. We recently discovered that another family of proteins, the GAB proteins, act as critical intermediates between growth factor signals and polarity machinery. Specifically, we found that GAB proteins interact directly with two PAR family members, PAR1 and PAR3, and regulate their function. These interactions are critical for allowing cells to form close contacts, and also for these contacts to dissipate and enable cell movement in response to appropriate signals. We propose to further examine how the GAB and PAR proteins interact, to investigate the function of GAB/PAR complexes in developmental processes, and to determine whether GAB/PAR complexes contribute to the cancer-promoting actions of ERBB2 oncogene.

正常发育中，细胞在生长因子及细胞因子的调控下极化并组装成复杂的结构，比如乳腺，肺，肾脏等器官和组织中的树枝状管状结构。然而在疾病发生中，细胞极化的机制被破坏。细胞极化是由细胞外生长因子和细胞内蛋白复合物（比如PAR蛋白质）协同调控的。但是生长因子是如何与细胞内极性调节复合物联系在一起的直到最近还不清楚。我近期的研究首先回答了这个问题。我发现Gab家族分子可以与PAR蛋白质形成复合物，从而将细胞外信号转导通路与细胞内的极性调节因子连接起来。Gab1对微管形成这一重要发育过程和一些器官的发育是必可少的，而Gab1的异常激活与ERBB2诱导的乳腺癌发生成正相关。微管形成伴随着细胞极性的重组，而细胞极性的破坏对癌症发生起促进作用，这揭示Gab1在发育和癌症中的功能依赖于它与PAR蛋白质的相互作用。本项目中我将研究Gab1/PAR复合物在微管形成，乳腺发育以及ERBB2诱导的乳腺癌症发生中的作用。

项目背景：.在乳腺等器官和组织的正常发育过程中，细胞可在生长因子及细胞因子的调控下极化并组装成树枝状微管结构。在肿瘤发生的过程中，细胞的极化及微管结构则被破坏。已有研究表明Gab1对于微管的形成是必不可少的，而Gab1的异常激活与ERBB2诱导的乳腺癌发生成正相关。我们的前期研究已经发现Gab家族分子Gab1可以与极性蛋白Par3、Par1形成复合物，调控细胞极化。本项目在上述研究基础上通过敲除或过表达Gab1，在体内体外探讨究Gab1/Par3和Gab1/Par1复合物在乳腺微管形成及ERBB2诱导的乳腺癌发生中的调控作用。.主要研究内容：.1）以MDCK-II细胞为模型在体外研究Gab1/Par3和Gab1/Par1复合物在微管形态发生中的作用。.2）以原代乳腺上皮细胞为模型在体内研究Gab1/Par3和Gab1/Par1复合物在细胞极性调控和乳腺发育中的作用。.3）以乳腺癌细胞系为模型在体外及体内研究Gab1/Par3和Gab1/Par1 复合物在ERBB2 诱导的乳腺癌发生发展中的作用。.研究结果：.1）在MDCK-II细胞中过表达或稳定敲降Gab1表达后，进行体外3D细胞培养，并用生长因子HGF刺激，发现形成的类器官中异型腔的数量显著增加或减少。.2）在分子机制上，以正常乳腺上皮MCF10A、乳腺癌细胞系MCF-7、MDA-MB-231为体外模型，发现并鉴定了Gab1蛋白中与Par3互作的最小结构域由342-356aa、372-401aa两个区段的肽段组成。Gab1蛋白中与Par1互作的最小结构域为177-191aa区段。.3）通过体外增殖及迁移实验、体内裸鼠皮下移植瘤模型及裸鼠肿瘤转移模型，发现Gab1蛋白通过与Par3、Par1互作，解离PAR极性复合物并诱导EMT的发生，从而促进乳腺癌的转移。.关键数据及科学意义：.1）首次验证在MDCK-II细胞或正常的乳腺上皮细胞中，Gab1过表达可导致体外形成的类器官的结构紊乱。.2）首次探讨并验证Gab1在正常乳腺上皮MCF10A、乳腺癌细胞系MCF-7、MDA-MB-231中仍然可与Par3及Par1互作，调控细胞极化。.3）首次探讨了Gab1过表达促进乳腺癌转移的分子机制是通过解离PAR极性复合物以诱导EMT的发生。