CREPT通过调控肠干细胞的增殖分化促进结直肠癌发生的分子机理

Intestinal stem cells, located in the base of the crypt, play an important role in the intestinal epithelial homeostasis for its continuous renewal. Dysregulation of intestinal stem cells results in a failure of intestine regeneration and an initiation of tumorigenesis. Numerous reports identified genes in the regulation of intestinal stem cells for their proliferation and differentiation. However, how these genes are dys-regulated at the transcriptional level during the tumorigenesis remains unclear. We previously discovered a novel gene named CREPT, which is highly expressed in most of the tumors and promotes tumor cell proliferation. In this study, we propose that CREPT promotes tumorigenesis of colorectal cancer by enhancing proliferation and suppressing differentiation of intestinal stem cells, thereafter to break down the balance of intestinal epithelial homeostasis. Our preliminary results showed that CREPT is highly expressed in intestinal epithelial stem cells (ISCs) to maintain their self-renewal ability and enhances the transformation of ISCs into tumor cells. Based on these observations, we determine to investigate the role of CREPT in the regeneration of intestinal epithelium and molecular mechanism on tumorigenesis of colorectal cancers via dys-regulation of intestinal stem cells where CREPT is abundantly expressed. We aim to identify the related transcription factors and key target signaling pathways that CREPT interacts and regulates. The analysis of the correlations between CREPT, intestinal stem cell markers, and colorectal cancer occurrence and recurrence will be performed to reveal the relationship between the CREPT-highly expressed ISCs and colorectal cancer stem cells. Our study will provide a theoretical basis for CREPT as a potential drug target in colorectal cancer treatment.

肠干细胞在肠上皮组织更新中起着非常重要的作用，其增殖和分化能力的改变，会直接导致结直肠癌的发生。肠干细胞异常增殖受许多基因调控，但仍然不清楚这些基因是如何在转录水平上相互调控的。CREPT是本实验室发现的一个新基因，在肿瘤细胞的增殖中起着重要的作用。本课题提出，CREPT通过与相关转录因子结合来促进肠干细胞增殖并抑制其分化，破坏肠细胞的稳态，从而促进结直肠癌的发生。本课题前期研究发现，CREPT在肠干细胞中高表达并能够增强肠干细胞的自我复制能力和成瘤性。我们将探讨CREPT在肠上皮干细胞再生修复中的作用，明确CREPT通过调控肠干细胞从而促进结直肠癌发生的分子机理。我们也将鉴定CREPT特异结合转录因子及关键靶信号通路，分析CREPT和肠干细胞标志物与人结直肠癌发生与复发的相关性，确定CREPT高表达干细胞与结直肠肿瘤干细胞的关系，为CREPT作为结直肠癌治疗的潜在药物靶点提供理论基础。

肠上皮能够持续不断的自我更新，这种持续更新能力主要由腺窝内的肠干细胞来维持。研究较多的肠干细胞是处于腺窝底部的柱状细胞，它们彼此被潘氏细胞隔开，并特异性的表达Wnt信号通路的一种受体Lgr5。Lgr5阳性干细胞能够分化形成所有的肠上皮细胞，并且单个的Lgr5+细胞能在体外被培养成为类器官。Lgr5+细胞是一群快速增殖的干细胞，除了维持肠上皮日常更新以外，还能够使肠上皮细胞在受到物理辐射或者药物损伤后快速修复。给予缺失Lgr5+干细胞的小鼠辐照损伤时，其肠上皮细胞无法再生，证明Lgr5+干细胞在损伤修复过程中是不可缺少的。但关于肠干细胞调控机制并没有完全研究清楚。.CREPT是本实验室克隆并验证功能的新基因，它能够促进肿瘤生长和细胞增殖，并在多种癌组织中高表达。一方面CREPT能够在结直肠癌肿瘤细胞中，通过加强β-catenin和TCF4的相互作用，增强Wnt信号活性；并通过增强RNAPII与DNA的结合，促进多种肿瘤相关基因的表达；还能通过上调细胞周期蛋白的表达，来加快细胞增殖，从而促进肿瘤生长。过表达CREPT能够促进肿瘤发生，而缺失CREPT的肿瘤细胞成瘤能力下降。但目前关于CREPT的研究集中在肿瘤细胞中，正常细胞中CREPT的调控作用并不清楚。.本项目构建了肠上皮细胞和Lgr5+肠干细胞中特异性敲除CREPT的小鼠模型。我们发现肠上皮细胞中敲除CREPT的小鼠体重减轻，体型减小；其细胞的日常更新减慢，上皮中分化细胞减少。并且缺失CREPT的肠腺窝中Lgr5+干细胞数量急剧下降。另外，我们发现CREPT缺失的肠上皮无法从X-Ray辐照或者DSS处理损伤中再生，也证明了在CREPT敲除之后，肠干细胞的修复功能受到抑制。另一方面，在Lgr5+干细胞中敲除CREPT之后，同样能够抑制Lgr5+干细胞的增殖。在体外培养实验中，我们发现敲除CREPT的腺窝细胞无法形成类器官。通过转录本测序证明，CREPT能够调控Lgr5+干细胞增殖和分化。机制上，CREPT在肠上皮损伤修复过程中通过维持β-catenin滞留细胞核内，来激活Wnt下游靶基因的表达，从而促进肠上皮再生。此外，在Lgr5+干细胞中过表达CREPT能够促进Wnt信号激活，并促使小鼠模型中的肠癌发生。本项目发现CREPT是一个新的维持肠干细胞必须功能的重要调控基因，并且可能成为结直肠癌治疗中的潜在靶点。