Slfn家族蛋白抑制肿瘤细胞增殖的机制研究

Malignant tumors pose major threat to human life and health. Recently, abnormally-elevated level of cellular tRNA has been observed in many type of cancers, which is closely related to the poliferation potential of corresponding tumor cells. Schlafens (Slfn) are a group of vertebrate-specific proteins that play a role in the proliferation of many tumor cells. The expression of Slfn proteins is suppressed in these tumor cells ,but their anti-proliferation mechanism remains elusive. On the other hand, members of the Slfn family have also been reported to cleave tRNA molecules. Therefore, we assume that Slfn proteins may constitute a novel endoribonuclease family that inhibit the proliferation of tumor cells by reducing their tRNA levels. However, the N’-domain of Slfn responsible for the cleavage reaction bears little homology to other known proteins, therefore its detailed architecture and function remains unknown. To reveal the exact role played by the Slfn family against tumors, we plan to determine the crystal structures of the family members, and thereby elucidate the mechanism of how they cleave tRNA molecules via a series of biochemical experiments. We will further explore how the function of Slfn family in tRNA level regulation correlates to their anti-proliferation feature in tumor cells. Our studies will contribute to the understanding of the of Slfn famly in suppressing progression and metastasis of certain human cancers, and the develpment of corresponding diagnosis and interference techniques.

恶性肿瘤严重威胁人类的生命和健康。近年来研究发现许多肿瘤细胞中tRNA的水平有异常上升,并与其增殖能力密切相关。Schlafen（Slfn）是一类在脊椎动物中存在的蛋白，其对肿瘤细胞的增殖具有显著的抑制作用，且在相关肿瘤细胞中的表达下调，但相关机制尚未明确。由于部分Slfn家族成员被报道可以切割tRNA，我们推测Slfn可能是一种新型的核酸内切酶，通过影响细胞内tRNA的水平来抑制肿瘤细胞增殖。然而，Slfn家族发挥酶切作用的N’-domain与其它蛋白无明显同源性。为了明确Slfn的具体抗肿瘤作用，我们拟解析Slfn家族成员的晶体结构，以此为基础，通过一系列生化实验揭示其切割tRNA的具体分子机制，并进一步阐明其对细胞内tRNA水平的调节与肿瘤细胞增殖的关系。我们的研究有助于进一步了解Slfn家族蛋白抑制特定肿瘤侵袭转移的具体分子机制，从而有利于相关肿瘤的诊断和干预手段的开发。

细胞在受到外界不良环境刺激（包括饥饿、氧化压力、肿瘤胁迫和病毒感染等）时，通过酶切细胞内的tRNA/rRNA调控翻译过程来控制细胞代谢是保守又高效的关键策略，可以帮助细胞快速释放压力以度过难关。病毒和肿瘤往往是细胞最难以招架的刺激性因素，对人类的健康造成严重威胁。然而，在包括人类在内的高等真核生物中，参与应激反应的关键tRNA/rRNA降解酶仍有待确定。作为干扰素诱导表达基因，SLFN参与多种重要的生命活动过程，如：细胞分化、免疫应答调节、肿瘤控制和病毒抑制等。然而，SLFN家族成员的详细结构特征和功能机制仍不明确，大大限制了其可能的临床应用。本研究中，我们根据SLFN家族成员的结构域分布特征及功能特性，集中对其保守且功能多样的N端结构域进行构建优化，最终成功解析了大鼠SLFN13的N端结构域（rSLFN13-N）的晶体结构。rSLFN13-N展现了独特的U型枕样的假二聚体折叠，与其它已知蛋白的总体结构无明显相似性。体外酶切实验证实SLFN13可结合tRNA及rRNA在U型枕样的凹槽中，由E205，E210和D248组成的酶切三联体执行剪切，并且对tRNA的剪切具有特征性，剪切位置是tRNA的3’接受臂末端。细胞实验证实，胞浆定位的SLFN13可对细胞内成熟的tRNA和rRNA分子进行酶切进而影响细胞内蛋白质的合成速率。此外，SLFN13凭借其酶切活性可以强烈抑制HIV病毒的复制和包装。我们的研究成果证实SLFN是一个新型的核酸内切酶家族，拓宽了对真核生物中蛋白翻译调控机制的认识，提出了新型的抗HIV病毒模式，完善了对SLFN蛋白家族的认识，也为该家族成员的功能机制研究及临床应用奠定了基础。