USP11通过去泛素化p21抑制非小细胞肺癌增殖的分子机制研究

USP11 as a cysteine protease is a member of the ubiquitin-specific protease family. Our preliminary data show that USP11 is expressed at low levels in the clinical tissues of non-small cell lung cancer (NSCLC), and inhibits the proliferation of NSCLC cells by affecting cell cycle progression. To explore the potential molecular mechanism of USP11 in NSCLC, we found that USP11 directly interacts with p21 in vitro by GST pull-down. Considerating that the effect of USP11 on p21 protein level in NSCLC cells, it prompt us to propose a hypothesis that USP11 may deubiquitinate and stabilize p21 by interaction, which causes cell cycle arrest and inhibits the proliferation of NSCLC. This program may offer beneficial information to understand the deubiquitinating process of p21 in cell cycle progression and shed light on the molecular function of USP11 in NSCLC, which will contribute to the prevention and treatment of NSCLC.

USP11属于半胱氨酸蛋白酶，是去泛素化酶中泛素特异性蛋白酶家族成员。在前期探索性研究中，我们发现USP11在非小细胞肺癌（NSCLC）临床样本中低表达，并通过影响细胞周期，抑制NSCLC细胞的增殖。为了探寻USP11抑制NSCLC增殖的分子机制，我们通过GST Pull-down发现USP11与细胞周期素依赖性激酶抑制子p21在体外相互作用，其对NSCLC细胞内p21蛋白水平的影响，促使我们推测USP11很可能在NSCLC细胞内与p21相互作用，通过去泛素化并稳定p21，直接逆转p21的泛素化过程，导致细胞周期的停滞，从而抑制NSCLC细胞的增殖。本项目对上述科学假说的证明，将有助于揭示细胞内p21的去泛素化过程，进一步拓宽我们对细胞周期调控理论的认识，明确USP11在NSCLC中的分子功能，为防治NSCLC提供新的靶标和切入点。

p21是细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制子，属于CIP/KIP家族成员。以往的研究表明p21在细胞周期调控和DNA损伤反应中起核心作用，它的稳定性对于正确的细胞周期演进和细胞命运决定至关重要。目前，尽管已经明确多个E3泛素连接酶复合物诱导p21泛素化降解是其主要的调控机制，但是不清楚泛素化的p21是否能够再次循环。我们的研究首次发现USP11是p21的去泛素化酶。在细胞核中，USP11与p21相互作用并共定位，通过催化移除p21蛋白上的多聚泛素化链，促进p21蛋白的稳定。在细胞周期中，USP11能够以细胞周期时相非依赖的方式逆转SCFSKP2、CRL4CDT2和APC/CCDC20泛素连接酶对p21的泛素化降解作用。在正常生理条件下，USP11的缺失引起p21的不稳定并诱导细胞周期G1/S期的转换。在DNA损伤的条件下，USP11的缺失抑制DNA损伤引起的p21积累，导致细胞周期G2/M期检测点的废除和凋亡的诱导。功能上，USP11介导的p21稳定抑制非小细胞肺癌（NSCLC）细胞的增殖和裸鼠移植瘤的生长，临床组织病理分析也表明USP11和p21在NSCLC组织中低表达并存在明显的正相关。我们的研究揭示了p21能够通过直接去泛素化被稳定的机制，表明细胞内p21蛋白水平是通过USP11介导的稳定和蛋白酶体介导的降解之间的动态平衡而被精细调控，明确USP11-p21轴在调控细胞周期演进和DNA损伤反应中的重要作用。同时，我们的研究也揭示了USP11在NSCLC中的重要分子功能，为防治NSCLC提供了新的靶标和切入点。