组蛋白乙酰基转移酶PCAF通过乙酰化CDK4抑制胃癌增殖的研究

Our previous study revealed that the expression level of histone acetyltransferase PCAF was reduced in the poor-differentiated gastric cancer cells. Ectopic expression of PCAF significantly enhanced the binding affinity of p16 to CDK4 and facilitated p16 transporting to the nucleus, leading to the inhibition of cell proliferation. In this project, we will further investigate the role of PCAF in gastric carcinogenesis and its downstream pathways. In addition, we will explore a new method of suppressing the growth of gastric cancer cells by up-regulating PCAF expression: (1) the expression, sub-cellular location and the correlation of PCAF, CDK4 and p16 proteins in human gastric cancer; (2) As p16 lacks the lysine residues where the acelyl group was covalently attached, we speculated that CDK4 was the direct substrate of PCAF and the acetylated CDK4 facilitated p16 binding. Given that CDK4 has 11 lysine residues, we will unveil which lysine is to be acetylated by PCAF; (3) the effect of CDK4 acetylation by PCAF on Cyclin D1 binding; (4) the inhibitory effect on gastric cancer cell proliferation by increase of PCAF in vivo and in vitro.

我们课题组前期研究发现，组蛋白乙酰基转移酶PCAF在低分化胃癌细胞中表达降低，过表达PCAF显著增强肿瘤抑制蛋白p16与CDK4的结合，促进p16入核，从而抑制胃癌细胞增殖。本课题将进一步研究PCAF蛋白下调在胃癌发生中的作用及其作用途径,同时尝试通过过表达PCAF蛋白实现对胃癌细胞的增殖抑制：（1）研究PCAF、CDK4和p16在人胃癌组织中的表达、定位及其相关性；（2）由于p16没有赖氨酸残基，而赖氨酸残基是经典的乙酰化位点，因此我们推测PCAF可能通过乙酰化CDK4，促进p16与CDK4的结合。CDK4共有11个赖氨酸残基，我们将证明乙酰化的具体位点；（3）研究CDK4乙酰化后对p16和Cyclin D1竞争性结合的影响；（4）在细胞和动物水平研究提高PCAF蛋白水平后，对胃癌细胞增殖的抑制作用。

P300/CBP-associated factor (PCAF)是组蛋白乙酰基转移酶（histone acetyltransferases，HATs）家族的一员，其结构包含泛素E3连接酶结构域以及乙酰基转移酶结构域。作为组蛋白乙酰基转移酶，PCAF既可以乙酰化游离的组蛋白、核小体结构中的组蛋白,还可以使诸如p53、E2F1、MyoD等非组蛋白底物发生乙酰化，而作为一个泛素化修饰酶，PCAF通过其内在的E3连接酶的活性，可以促进泛素化依赖途径的蛋白降解。.阴离子交换蛋白1（anion exchanger 1, AE1）生理情况下特异表达在红细胞膜，介导Cl-/HCO3-的跨膜交换，调节细胞内pH。课题组前期研究证实，AE1和肿瘤抑制蛋白p16在胃癌细胞浆内相互作用，导致AE2降解及胃酸分泌障碍、p16不能入核发挥细胞周期负调控作用，诱发胃癌。.本研究发现PCAF在低分化胃癌细胞中表达显著降低，过表达PCAF于胃癌细胞中会阻滞细胞周期于G1期，并显著抑制胃癌细胞增殖。胃癌组织芯片的组化分析进一步证实PCAF减少与胃癌组织分级及肿瘤分型明显相关，PCAF的低表达与不良的临床病理特征明显相关。上述结果提示，PCAF具有抑制胃癌细胞增殖的作用。进一步研究发现，PCAF通过与AE1和p16相互作用，促进了AE1的泛素化降解和p16蛋白的核转位。而核内的p16与 CDK4竞争性结合抑制了CDK4与 Cyclin D1的相互作用，进而抑制胃癌细胞增殖。敲除p16蛋白，PCAF抑制胃癌增殖的作用减弱。我们的研究阐明，PCAF通过PCAF-p16-CDK4轴抑制了胃癌细胞增殖。此外，在胃癌细胞中PCAF表达水平降低与细胞内碱化及免疫力下降有关。PCAF的低表达是胃癌发生的重要因素，与病人的不良预后明显相关..本项研究提示恢复PCAF蛋白表达水平可能是治疗胃癌的重点。