新型癌基因PIWIL2在肿瘤发生发展中的功能与机理研究

Cancer genes can be categorized into cancer-causing gene and cancer-contributing gene. Cancer-causing gene can induce and promote the mutation of cancer-contributing genes,initiating tumor development. Recently, we have found that Piwil2, which is exclusively expressed in germline stem cell, was ectopically expressed in tumor stem cells,having the characteristics of cancer-causing genes. It plays roles in DNA repair and suppresses tumor growth,serving as a tumor-barrier gene. However,PL2L60,a product of alienation-activated Piwil2,promotes tumor growth. Therefore, the function between Piwil2 and PL2L60 is antagonistic in tumor development. To confirm this hypothesis, we will investigate (1) the mechanisms underlying alienation activation of Piwil2 and the effects of which on tumorigenesis; (2) how Piwil2 suppressing tumor growth；and (3) how Piwil2 influencing on spontaneous tumor development? The project is expected to clarify the mechanisms by which Piwil2 regulates tumorigenesis and provide experimental evidences for the potentially new theory of tumorigenesis. It can also provide a novel broad-spectral and specific biomarker for the prevention,diagnosis and treatment of cancers.

癌基因可分为诱癌基因和促癌基因两大类。诱癌基因可诱导、促进促癌基因突变,在肿瘤发生发展中具有启动功能。最近，我们发现生殖干细胞基因Piwil2可以异位表达在肿瘤干细胞中,具有诱癌基因的特征。其野生型具有肿瘤屏障基因的功能，参与DNA修复或抑制肿瘤生长；然而，Piwil2 基因内启动子异化激活产物PL2L60具有促进肿瘤生长的功能。因此，Piwil2和PL2L60在肿瘤发生发展中具有拮抗关系。为证实这一假设，我们将研究（1）Piwil2异化激活对肿瘤发生发展的影响及其机理；（2）Piwil2是如何抑制肿瘤生长的？(3)Piwil2对自发性肿瘤发生发展有什么影响？本项目可望初步阐明Piwil2调控肿瘤发生发展的机理，提供肿瘤发生发展新理论的实验证据，为肿瘤诊断和预防治疗提供广谱、特异的新靶标。

本项目在阐明PIWIL2介导的DNA修复机制的基础上，进一步研究PIWIL2在肿瘤发生发展中作用和机制。主要有一下几方面新发现：.（1）PIWIL2基因异化激活产物PL2L60促进肿瘤生长的作用和机制：我们首次发现一些肿瘤细胞膜表面也表达PL2L60，能被单抗KAO3识别。这些细胞具有干/祖细胞的特征，具有较强的致瘤能力。过表达PL2L60导致表面CD44+KAO3+细胞增加，增殖能力 提高，侵袭、迁移和球状体生成能力增强。体内实验表明，KAO3+肿瘤细胞的致瘤能力远远强于KAO3-肿瘤细胞。 .（2）CUX1 通过激活PIWIL2抑制肿瘤生长：除P53外，我们还发现肿瘤抑制因子CUX1/CDP调节PIWIL2基因表达。敲除或过表达CUX1 mRNA可抑制或激活PIWIL2基因表达，影响肿瘤细胞集落形成和迁移能力。.（3）低氧激活自噬通路降解PL2L60促进肿瘤细胞凋亡：在低氧环境下，不同组织来源的肿瘤细胞中的PL2L60表达显著下降。用自噬激活剂如Rapamycin处理肿瘤细胞均可显著下调PL2L60蛋白的表达，而用siRNA阻断自噬关键分子如Beclin-1、ATG5、LC3和p62等可逆转PL2L60蛋白的降解。此外，氯化钴诱导的低氧可以激活Beclin-1非依赖性自噬从而触发肿瘤细胞程序性凋亡。这一通路依赖于ATG5与内质网 (ATG5/CHOP/Smac) 和/或线粒体(ATG5/CHOP/Smac)的协同作用。因此，PL2L60蛋白的表达受低氧激活的自噬体调控。.（4）Piwil2基因影响小鼠自发性肿瘤发生发展：mili-/+ 和p53-/+ 小鼠杂交获得p53 和/或piwil2缺陷表型。发现p53为雌性发育所必需，而piwil2为雄性发育所必需。在同一基因型小鼠，无论p53还是piwil2缺陷，均是雌性对肿瘤更易感。Piwil2对p53缺陷小鼠肿瘤发生几率的影响呈剂量依赖性。同时，piwil2缺陷也使肿瘤谱由淋巴瘤为主转变为肉瘤为主。.通过本课题的研究，进一步加深了对PIWIL2介导的肿瘤发生发展机制的了解，为未来的肿瘤免疫治疗提供新的靶标。