转录因子Sp1作为醉椒查尔酮flavokawain A在肿瘤细胞中作用靶点的分子机制研究

Flavokawain A (FKA) is a natural chalcone compound from Kava, and showed good anti-tumor effects in both in vitro and in vivo experiments. In previous studies, we found FKA inhibited cell proliferation, induced apoptosis and arrested cell cycle in prostate cancer cell lines. The molecular mechanisms of FKA mainly were to down regulate pro-survival genes: survivin and XIAP, induce degradation of Skp2, accumulate p27Kip1, and repress androgen receptor expression. By summarizing the data, we found that many of FKA affected genes were regulated by Sp1, or interacted with Sp1, and we also found FKA directly decreased Sp1 protein level. In this project, we hypothesized that Sp1 was an important molecular target of FKA in tumor cells. We will elucidate the mechanism of Sp1 degradation induced by FKA treatment, discover the interactions between Sp1 and other FKA related genes and identify degradation related ubiquitination site on Sp1. We will also examine FKA induced changes of post transcriptional modifications of Sp1. With the data from ChIP-seq analysis and protein mass spectrometric analysis, we will predict and verify the upstream signaling pathways which regulate Sp1. This project will help for better understanding the pharmacological effect of FKA in tumor cells, and shed new light on the regulation of Sp1, which will locate new drug targets and make precisely control Sp1 function possible.

醉椒查尔酮flavokawain A (FKA)是一种在体内体外实验中均表现出良好抗癌效果的天然化合物。我们前期工作发现，FKA在前列腺肿瘤细胞中抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡并停滞细胞周期。其分子机制主要是抑制促存活基因的表达，降解Skp2，积累p27Kip1，并抑制雄激素受体的表达。我们发现FKA影响的多个基因受转录因子Sp1的调控或和Sp1相互作用，并且FKA下调Sp1的表达，因此我们的科学假设是Sp1是FKA的一个重要作用靶点。本项目将证实这一假设，阐明FKA引发Sp1降解的机制，发现已知FKA影响的基因与Sp1的相互作用，确定Sp1降解相关的泛素化位点，研究FKA引起的Sp1翻译后修饰的变化对Sp1降解和转录活性的影响，推导并验证引起这些变化的上游信号通路。这项研究有助于更好的把握FKA的药理作用，进一步揭示Sp1被调节的机制，为精确调控Sp1的功能，发现新药物靶点提供基础。

醉椒 （Kava）中的chalcones 和lactones具有预防和治疗癌症的作用。在本项目中，我们对醉椒的chalcone--flavokawain A(FKA)以及 flavokawian B (FKB)的抗癌作用和机制进行了进一步的研究。我们发现，FKA和FKB可以降低癌细胞中转录因子sp1的蛋白表达而不降低其转录水平表达，因此flavokawains是通过影响蛋白的稳定性达到这一作用的。随后我们发现，flavokawains可能通过提高Erk1/2的磷酸化，调控泛素化酶beta-TCRP,对sp1进行泛素化讲解。同时，我们发现，flavokawains是一种neddylation抑制剂，它可以和neddlyation连接酶E1（NAE1）相结合，并抑制其活性，倒置neddylation连接酶E2（ubc12）不能和nedd8结合，抑制细胞内的neddylation水平。由于neddyaltion与蛋白降解相关，我们检测了flavokawains与蛋白酶抑制剂联用，对癌细胞的作用。我们发现，在两种药物的联合作用下，前列腺癌细胞的活性大大降低， 细胞周期受到抑制，凋亡增加，说明两种药物具有协同作用。Flavokawains 在蛋白水平下调细胞周期促进蛋白skp2的 水平，而蛋白酶抑制剂可以在转录水平下调skp2的表达。对于skp2的不同水平调控可能是它们具有协同作用的机制。我们检测了kava lactone对前列腺癌的作用，发现醉椒的根提取物（主要成分为lactones）可以有效抑制前列腺癌TRAMP小鼠的癌症发生率。我们发现，lactones（包括Yongonin, methysticin, kawain等）可以温和的抑制单胺氧化酶A（MAOA）的活性，而单胺氧化酶A的高表达与前列腺癌的恶性程度呈正相关趋势。敲低MAOA的表达可以抑制前列腺癌细胞的迁移。我们认为kava lactones抑制MAOA的活性是它们抑制前列腺癌发生的机制之一。另外，我们对另一种有希望的植物提取物蔓越莓水提物进行了初步研究。蔓越莓水提物可以在膀胱癌小鼠模型中，抑制膀胱癌的进展，同时食用蔓越莓水提物的小鼠具有更高的自然杀伤细胞的比例，因此，我们认为蔓越莓水提物可能通过调节小鼠的自身免疫达到预防和治疗癌症的效果。综上所述，植物的提取物可能从多个方面影响生物体的抗癌能力，值得进一步研究。