细胞内部核糖体进入位点及其多态影响铂类药物敏感性的机制与临床研究

Cellular internal ribosome entry site (IRES) is the element mediating cap independent translational initiation in mammalian. Our previous study found that some cellular IRES affected platinum resistance, their polymorphisms correlated with platinum-based chemotherapy response in the NSCLC patients, IF3a and UNR bind with the IRES element. However, the detail mechanisms of cellular IRES and its polymorphisms in regulating platinum response still remain unknown. In the current study, we firstly employ in vitro transcription and dual luciferase reporter assay to investigate the role of all platinum resistant related gene IRES in platinum response. After that, prokaryotic expression, immunoprecipitation and pull down assay are used to explore the mechanisms of eIF3a and UNR regulating cellular IRES. Then, bioinformatics prediction, in vitro functional study and clinical validation are used to screen functional IRES polymorphisms. At last, RNase digestion and RNA EMSA are performed to confirm if these polymorphisms affect IRES secondary structure and binding with eIF3a and UNR. The current study will provide a potential new mechanism for platinum resistance and individual response variants.

细胞内部核糖体进入位点(IRES)是介导帽状结构非依赖性翻译起始的元件。我们前期研究发现某些基因的该元件可以介导铂类药物耐药，其多态与非小细胞肺癌铂类化疗敏感性相关，并发现eIF3a和UNR可以与该元件结合，但具体调控机制尚不清楚。本课题将首先使用体外转录和双荧光素酶报告基因等方法进一步研究所有铂类耐药相关基因IRES在铂类耐药中的作用。然后使用原核表达，免疫沉淀和pull down等方法进一步明确eIF3a和UNR等因子调控IRES活性的具体机制。在此基础上通过生物信息学预测，体外功能和临床验证三步筛选出有临床意义的功能性IRES多态。最后使用RNA酶消化和RNA EMSA等方法明确这些多态是否通过改变IRES二级结构以及与eIF3a，UNR等因子的结合来影响IRES功能和铂类化疗敏感性。本课题将为铂类化疗耐药和疗效的个体差异提供一种新机制。

本项目主要研究了细胞内部核糖体进入位点（IRES）及其多态影响铂类药物敏感性的机制与临床意义。在研期间申请者以第一作者/通讯作者发表论文19篇，参编中英文专著5部，培养硕士研究生2名，博士研究生1名,参加国内外学术交流会议8次（其中特邀报告2次，分会场报告3次）,并获得国家科技进步二等奖（10/10）、湖南省自然科学一等奖（2/6）、中华医学科技三等奖（3/8）、湖南省医学科技一等奖（2/7）等6项奖励。本项目意义在于（1）基于候选基因策略，研究了与铂类药物作用相关基因的IRES多态与铂类药物敏感性的关系。并在此基础上进行了基因-基因和基因-环境交互作用的研究（Chin J Cancer (2017, IF=3.62)、Sci Rep (2017, IF=4.01)、Sci Data (2018, IF=5.93)）。（2）将以上变异与其他基因多态整合以后，使用数据挖掘的方法构建了铂类药物敏感性预测数学模型，可以将目前的临床预测准确率提高23.08%（Cancer Lett (2016, IF=6.51)、CNS Neurosci Ther (2016, IF=3.39)）。（3）提出了基于三代测序技术从全基因水平进行IRES及其多态研究的新方法：IRES-LR-SEQ（BioEssays (2020，IF=4.40)）。研究成果申请国家发明专利一项：201911160967.5。（4）系统总结和阐述了重要的IRES元件调控蛋白eIF3a所介导的翻译调控方法。受美国耶鲁大学Narendra Wajapeyee教授邀请为分子生物学权威丛书Methods in Molecular Biology撰写一个章节具体阐述eIF3a所介导的翻译调控方法（Methods Mol Biol. 2017;1507:113-127）。（5）基于以上研究，提出一系列关于铂类药物基因组学的新观点。主要包括：基于质谱技术的个体化用药体系（Mass Spectrom Rev (2020, IF=9.07)）；通过调控IRES元件的翻译影响铂类药物敏感性是eIF3a的新功能（Cancer Lett (2017, IF=6.51)）；铂类药物基因组学生物标志物鉴定新理念（Pharmacogenomics (2016, IF=2.27)、Med Oncol (2017, IF=3.25)）。