肿瘤细胞中PIWIL2对生物钟基因的调控及作用机制研究

Researches have shown that circadian genes play roles as oncogenes or tumor suppressing genes in tumorigenesis and involve in multiple processes such as cell metabolism, apoptosis, cell cycle and DNA damage response. However, the underlying mechanism remains largely unknown. Our previous work showed that a novel cancer-tumor antigen protein PIWIL2 inhibits apoptosis through STAT3 and TGF-β pathways. We also revealed that PIWIL2 represses GSK3-induced ubiquitination and degradation of circadian protein BMAL1, increases expression of BMAL1 and CLOCK, and decreases phosphorylation level of REV-ERBα in HeLa cells, suggesting that PIWIL2 may play a role as upstream regulator of circadian genes in tumor cell. Based on which, we are about to investigate the mechanism through which PIWIL2 regulates circadian genes and downstream pathways involving DNA damage response, cell metabolism, cell cycle, cell proliferation and apoptosis, thus plays a role in tumor cell proliferation, apoptosis and metastasis. This research will reveal novel signaling pathways in which PIWIL2 is involved in tumor cells, providing novel insights into the potential value of PIWIL2 in tumor theraphy.

大量研究表明，生物钟基因在肿瘤发生中扮演着原癌基因或抑癌基因的角色，在细胞代谢、细胞凋亡、细胞周期和DNA损伤应答等过程中发挥着多种功能，但其调控机制尚不清楚。我们在前期工作中阐明了PIWIL2蛋白抑制细胞凋亡的功能及机制，并发现PIWIL2在肿瘤细胞中能够抑制GSK3介导的BMAL1泛素化降解，提高生物钟蛋白BMAL1和CLOCK的表达，提示PIWIL2可能是肿瘤发生过程中生物钟基因异常表达的上游因子。本研究拟在此基础上进一步研究PIWIL2对生物钟基因的调控，及其在肿瘤发生中对于DNA损伤应答、细胞代谢、细胞周期、增殖和凋亡等相关通路的调控机制，阐明人肿瘤细胞中PIWIL2通过调控BMAL1、CLOCK等生物钟基因参与调控细胞增殖、细胞凋亡和肿瘤转移的功能机理。上述研究将对生物钟基因在肿瘤细胞中的作用和调控机制提供新的认识，具有重要的理论意义。

在本课题研究中，我们首次发现Piwil2在肿瘤细胞和睾丸细胞中与生物钟蛋白Bmal1和Clock存在相互作用。Piwil2通过激活Src/PI3K通路，磷酸化并抑制GSK3β的激酶活性，从而抑制GSK3β介导的生物钟蛋白降解，上调生物钟基因Bmal1和Clock的表达。Piwil2同时也抑制Bmal1/Clock的转录激活活性，从而阻断了细胞中正常的钟基因负反馈环路及生物节律信号输出。此外，我们首次报道了Piwil2和生物钟蛋白Bmal1和Clock在肿瘤细胞中对小G蛋白RhoA的调控作用。Bmal1/Clock能抑制RhoA的活性，同时促进RhoA的泛素化降解。通过对RhoA的负调控，Bmal1/Clock能通过调控ROCK-CFL1途径抑制F-actin微丝的聚合。而CFL1和F-actin的表达在哺乳动物精子获能及顶体反应中也具有重要作用。我们的研究结果进一步显示Piwil2能够通过P38途径磷酸化中间纤维蛋白KRT8并抑制其降解，使肿瘤细胞对Fas介导凋亡不敏感。同时，PIWIL2的同源蛋白Piwil1能通过与微管破坏蛋白STMN相互作用调控肿瘤细胞中的微管动态平衡。上述结果初步阐明了人肿瘤细胞中PIWIL2和生物钟基因相互作用，调节细胞增殖和细胞凋亡的功能机理。这将有助于进一步了解PIWIL2在肿瘤细胞中新的调控通路，揭示生物钟基因在肿瘤发生中新的功能机制。