糖饥饿诱导HNRNPM蛋白的SUMO化修饰及其在结直肠癌发病学中的作用

Protein post-translational modifications are essential for physiological and pathological activities. To reveal the roles of sumoylation in the adaptation responses to stressful microenvironments such as glucose deprivation during tumorigenesis, we carried out a sumoylation proteomics analysis in colorectal cancer (CRC) cells cultured with glucose-free medium, and found that the sumoylation at lysine 17 (K17) of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein M (HNRNPM) in CRC cells is significantly upregulated upon glucose deprivation. Especially, the HNRNPM sumoylation may regulate the pre-mRNA alternative splicing of some important genes. Based on these original and interesting findings, here we plan to investigate the significances of HNRNPM sumoylation on tumor cell fate determination under glucose deprivation and its underlying molecular mechanisms. How glucose deprivation enhances the sumoylation of HNRNPM will also be explored. We believe that this project will reveal a novel mechanism of how CRC adapts to glucose deprivation, and provide a new clue for CRC targeted therapy based on interfering tumor stress response.

蛋白质翻译后修饰在各种生理和病理生命活动中发挥重要作用。为了揭示类泛素SUMO化修饰在肿瘤细胞耐受葡萄糖饥饿等应激微环境中的作用及其机制，本课题组以无糖培养的结直肠癌细胞为模型，建立SUMO化修饰蛋白质组学研究体系，发现无糖应激显著上调RNA结合蛋白HNRNPM的SUMO化修饰，并进一步鉴定到其SUMO化修饰位点为K17。同时，该蛋白的SUMO化修饰可能调控一些重要基因的可变剪切。本课题拟在这些重要前期发现的基础上，围绕“糖饥饿下HNRNPM的SUMO化修饰在结直肠癌发生发展中的作用及其机制”这一核心科学问题，深入研究该蛋白的SUMO化修饰对葡萄糖饥饿下结直肠癌细胞命运的作用和分子机制，并探索无糖诱导HNRNPM蛋白SUMO化修饰上调的机制。这些工作可望揭示结直肠癌细胞应答葡萄糖饥饿的新机制，为基于“干扰肿瘤应激应答”的结直肠癌靶向治疗提供新思路。

蛋白质翻译后修饰在各种生理和病理生命活动中发挥重要作用。为了揭示类泛素SUMO化修饰在肿瘤细胞耐受葡萄糖饥饿等应激微环境中的作用及其机制，本项目以无糖培养的结直肠癌细胞为模型，建立SUMO化修饰蛋白质组学研究体系，系统性地研究了有糖到无糖过程中动态变化的SUMO化修饰蛋白。本项目首次报道并验证了HNRNPM蛋白的SUMO化修饰在无糖应激后显著上调。我们还发现HNRNPM蛋白在应激后的SUMO化修饰上调与泛素化降解相关，并且发现了RNF4作为一种新的SUMO E3连接酶对其进行SUMO化修饰。通过进一步的深入研究，我们发现HNRNPM蛋白在应激后的SUMO化修饰发生于第17位赖氨酸，并利用CRISPR-CAS9技术构建了K17R点突变细胞株。通过比较HNRNPM野生型细胞株与K17R点突变细胞株的功能差异，我们发现K17位点的SUMO化修饰影响了细胞内基因的可变剪切，并可影响肿瘤细胞在无糖下的生长和转移。最后通过对TCGA数据库的分析，我们发现在结直肠癌患者中RNF4蛋白的表达水平与预后差相关。该项目鉴定了一种新的SUMO E3连接酶，并揭示了“RNF4促进应激后HNRNPM未折叠蛋白的SUMO化修饰及泛素化降解”的肿瘤无糖应激应答新模式，为理解应激如何影响肿瘤进展提供了新的视角与范例。