组蛋白去甲基化酶GASC1/KDM4C在食管癌中的作用及其抑制剂调控机制研究

GASC1, a histone demethylase (KDM4C), originally cloned from esophageal cancer(EC) and named from, is essential to maintain embryonic self-renewal and “stemness” phenotype in cancer. Our previous study found GASC1 were highly amplified and over-expressed in EC and breast cancer correlated with advanced stage and poor prognosis, indicate may contribute in the tumor pathogenesis and progression. We revealed and validated the mechanism of activation of "GASC1-Notch1" axis through stem cell key regulatory factor pathway fuel initiation and progress of malignancy. To systemic explore the histone demethylase GASC1 inhibitor -Caffeic acid(CA)’s regulation mechanism and pathway for intervention of "stemness", chemotherapy resistance, and metastasis phenotype in EC. Our study designed to investigate the pivotal role and core regulatory pathway of GASC1 in EC evolution and clinical significance, using clinical specimen, EC cell line and xenograft model respectively, test efficiency and mechanism of histone demethylase such as CA and its prospective clinical applications, provide experimental basis for novel epigenetic drug discovery.

组蛋白去甲基化酶GASC1（KDM4C），最初从食管癌(EC)中克隆得以命名，在维系持胚胎的自我更新和肿瘤细胞“干性”表型发挥至关重要作用。我们前期研究发现食管癌和乳腺癌中GASC1高度扩增和过度表达，并与肿瘤分期和临床预后差密切相关，提示其在肿瘤发生发展过程可发挥重要作用。我们发现并证实肿瘤"GASC1-Notch1"轴激活干细胞关键调节因子通路从而促进肿瘤发生演进的内在机制。本研究旨在应用临床标本、EC细胞系和肿瘤移植瘤动物模型系统性揭示GASC1在食管癌发生演进中的核心调控机制和信号通路。探讨组蛋白去甲基化酶GASC1抑制剂—咖啡酸（CA）调控GASC1通路与干预食管癌细胞“干性”、化疗耐药/拮抗、侵袭转移等表型的相关分子机制。检测CA的效应和和其潜在的临床应用价值，阐明咖啡酸等新型组蛋白去甲基化酶靶点治疗药物的作用机理，为筛选鉴定食管癌诊治新靶标和新型药物的发现设计提供实验基础。

组蛋白去甲基化酶GASC1（KDM4C），最初从食管癌(EC)中克隆得以命名，在维系胚胎自我更新和肿瘤细胞“干性”表型发挥至关重要作用。本项目通过应用临床组织和血液样本、EC细胞系和肿瘤移植瘤裸鼠模型系统，系统性揭示了GASC1在促进食管癌发生发展、侵袭转移，维持EC细胞“干性”恶性表型中的作用及分子机制。本项目研究结果显示：1）GASC1在低分化食管鳞癌组织中呈现高度扩增和过表达，并与肿瘤分期、淋巴结转移和不良预后密切相关；2）GASC1在低分化食管鳞癌细胞系及原代培养细胞株中均呈现过表达，并可促进肿瘤细胞的增殖、侵袭能力， 3D类器官体外实验、移植瘤动物模型体内均证实GASC1具有维持肿瘤干细胞“干性”表型作用；3）染色质免疫共沉淀分析和Agilent全基因组微阵列分析结果显示，GASC1可通过多能化相关基因组蛋白启动子上H3K9me3 和H3K9me2 的去甲基化而正向调节其表达，其下游靶基因NOTCH1 在食管低分化鳞癌细胞干性维持中起关键作用；4）GASC1在食管腺癌中呈现低表达，其上游调控基因-微小RNA-miR130a在食管腺癌患者及巴雷特（Barrett）食管患者血清中的表达水平显著高于正常健康对照，在高级非典型增生Barrett食管患者血清中的表达水平高于低级非典型增生患者，诊断敏感性为70.5%，特异性为62.5%；其在TNM Ⅰ、Ⅱ期使馆腺癌患者血清中的表达水平高于Ⅲ、Ⅳ期患者，诊断敏感性为87.5%，特异性为73.3%。提示，GASC1上游调控基因miR-130a可作为Barrett食管及食管腺癌的血清学标记物；5）3D类器官体外实验、移植瘤动物模型体内均证实咖啡酸、KDM抑制剂具有拮抗GASC1肿瘤驱动基因作用，可作为GSAC1的一种新型小分子靶向抑制剂。本研究为食管癌患者抗肿瘤表观药物设计、血清肿瘤标记物筛选及基因靶向治疗提供提供了坚实的实验基础。下阶段的合作研究计划，将致力于靶向GASC1 的分子抑制剂转化临床研究，分析咖啡酸的效应和其临床应用指征价值，有利于为临床食管癌患者寻求新的分子靶向治疗策略，提高临床食管癌患者的生存率。