Cullin3介导Beclin 1泛素化降解抑制自噬及其在肿瘤治疗中的作用

Autophagy plays an important role during the development of human cancer. Many tumor cells downregulate the tumor suppressor Beclin 1, a core player in autophagy pathway. The underlying mechanism, however, remains elusive. In our preliminary study, we found that Cullin3, an E3 ubiquitin Ligase, could interact with Beclin 1 and promoted the ubiquitination and degradation of Beclin 1. Knocking down Cullin3 leaded to increase of the autophagy activity. More importantly, human tumor samples expressed high level of Cullin 3 compared to normal tissue. Our mass spectrometry data indicated potential phosphorylation of Beclin 1 by IKKα at Ser249. In this proposal, we will study the detailed mechanism by which Cullin3 promotes the ubiquitin-mediated degradation of Beclin 1 and regulates autophagy. Meanwhile, we will examine the role of IKKα-mediated phosphorylation of Beclin 1 in ubiquitination. Moreover, we want to explore the tumor-promoting effect of Cullin3 in human cancer and to investigate the efficacy of Cullin/IKK inhibitors for cancer treatment. We will intestigate the correlation between Cullin3 and Beclin 1 expression and their role in cancer progression, therapeutic sensitivity and prognosis in human samples. The study will reveal the underlying mechanism of the low expression of Beclin 1 in cancer cells, which will benefit novel therapeutics that apply autophagic regulation in combating cancer.

自噬在肿瘤发生发展中起重要作用，调控自噬的核心蛋白Beclin 1是一种抑癌因子，然而肿瘤细胞中Beclin 1蛋白低表达的原因还没有被完全阐明。我们研究发现泛素连接酶Cullin3可以与Beclin 1相互作用，敲低Cullin3可以引起Beclin 1的泛素化修饰降低、蛋白水平上调、自噬活性增加，且Cullin3在肿瘤组织中相对高表达。质谱与序列分析表明Beclin1 S249可能是IKKα磷酸化位点。本课题拟深入研究Cullin3通过介导Beclin 1发生泛素化降解，进而调控自噬的分子机制；研究IKKα磷酸化Beclin 1对其泛素化的促进作用；证明Cullin3促进Beclin 1降解，导致乳腺癌/卵巢癌恶性进展，并在临床样本中分析二者表达的相关性，评估对临床治疗的意义。本研究旨在深入理解Beclin 1在肿瘤中低表达的调控机制，有助于将自噬合理应用于临床开发肿瘤治疗的新策略。

细胞自噬在肿瘤发生发展过程中起着重要的作用，在多种肿瘤中自噬调控的核心蛋白Beclin 1低表达，但并非由于其拷贝数改变或者转录调控。在本项目中我们重点探究了Beclin 1蛋白稳定性的调控机制，研究泛素连接酶Cullin3介导Beclin 1发生泛素化进而通过蛋白酶体途径降解的分子机制；研究Cullin3降解Beclin 1导致其复合体解离，自噬阻断的过程；证明IKKα磷酸化Beclin 1对于其蛋白降解的促进作用；研究Cullin3在肿瘤恶性进展中的作用，同时利用临床样本分析Cullin3/Beclin 1双分子的表达相关性，评估其对于临床治疗的意义。本项目取得的成果如下：① 阐明Cullin3负向调控细胞自噬的分子机制：发现Cullin3通过介导Beclin 1发生K48型泛素化修饰进而导致蛋白酶体途径降解，引起自噬活性下降的过程。发现Cullin3复合体中介导Beclin 1泛素化的底物识别蛋白为KLHL38，并进一步地鉴定了Beclin 1的泛素化主要发生于其赖氨酸53、185及270位点。② 发现IKKα作为上游信号对于Beclin 1泛素化降解的促进作用：研究发现IKKα磷酸化Beclin 1的S249位点后促进了Beclin 1与Cullin3的结合，进一步导致后者发生泛素化降解。③ 阐明Cullin3促进Beclin 1降解在肿瘤临床治疗中的意义：研究发现Cullin3介导Beclin 1泛素化降解通过抑制细胞自噬促进肿瘤的恶性进展；抑制Cullin3可以显著抑制肿瘤的生长，提示Cullin3可以作为一个抗肿瘤有效靶点，Cullin3/Beclin 1双分子有望用于乳腺癌、卵巢癌患者的疾病进展及预后分析。本研究明确了Beclin 1在肿瘤中低表达的调控机制，有助于将自噬合理应用于临床开发肿瘤治疗的新策略。.另外我们发现自噬通过选择性降解多梳蛋白家族成员SCML2促进染色质重塑，介导Nrf2相关基因染色质开放，信号通路选择性激活，导致鼻咽癌细胞放疗耐受。我们发现在p53野生型肿瘤当中， ULK1缺失的同时应用MDM2抑制剂可引发细胞发生铁死亡，并且是由p53-SLC7A11信号轴所介导。可见，细胞自噬在肿瘤发生发展的多个环节起着关键调控作用，理解自噬信号通路的调控机制，将自噬合理应用于临床，对于肿瘤治疗具有重要的理论指导意义及应用前景。.