Lin28A的类泛素化修饰调控肿瘤发生发展的功能机制研究

Let-7 is a classic tumor suppressor gene, which can suppress tumorigenesis by targeting multiple oncogenes, such as Ras, c-Myc and HMGA2. The let-7 family miRNAs are specifically down regulated by Lin28A and form Lin28A-let-7 signal axis. It is reported that the imbalance of lin28a-let-7 signal axis is closely related to the development of various kinds of tumors. In our preliminary work we have identified the SUMOylation of Lin28A and its site, and found that Lin28A SUMOylation significantly enhanced its negative regulatory effect on let-7 biogenesis and ultimately promoted cancer progression. This project will further elucidate the novel molecular mechanism of SUMOylation of Lin28A regulates its inhibition of let-7 biogenesis: SUMOylation promotes the interaction of Lin28A with pre-let-7, which on the one hand forms stereo-hindrance effect, inhibits pre-let-7 cleaved by DICER; on the other hand, it forms a recruitment platform, enhances the interaction of pre-let-7 with TUT4 Uridine transferase, and then the uridylated pre-let-7 by TUT4 is following degraded. Combined with biochemistry experiments, crystal structure mimicry, mouse model and clinical sample analysis, we will further explore the biological function of Lin28A SUMOylation, including the regulatory factors of Lin28A SUMOylation and its underlying molecular mechanisms, and the functions of Lin28A SUMOylation in tumorigenesis, metastasis and chemoresistance.

Lin28A特异性调控具有抑癌特性的let-7的生成，形成Lin28A-let-7信号轴。研究表明，Lin28A-let-7信号轴的失衡与多种肿瘤的发生发展密切相关。在前期研究中，我们鉴定了Lin28A的SUMO化修饰及其位点，并发现SUMO化修饰显著增强Lin28A对let-7生成的负向调控作用，最终促进肿瘤发生发展。本项目的研究将深入阐明SUMO化修饰调控Lin28A抑制let-7生成的全新分子机制：即Lin28A的SUMO修饰促进其与pre-let-7的相互作用，一方面形成空间位阻效应，阻碍DICER对pre-let-7的加工剪切，另一方面形成了招募平台，促进TUT4对pre-let-7进行寡尿苷化修饰。我们还将深入解析Lin28A的SUMO化修饰的生物学功能，包括Lin28A的SUMO化修饰可调控因素及其分子机理；Lin28A的SUMO化修饰在肿瘤发生发展、转移和化疗抵抗中的作用。

miRNA通过基因沉默效应在转录后水平负向调控靶标mRNA，使靶标mRNA发生降解或翻译抑制。let-7家族miRNA具有典型的抑癌特性，能沉默c-Myc、Ras和HMGA2等癌基因。在miRNA通路中，LIN28通过特异性识别pre-let-7抑制let-7的生物合成，形成LIN28-let-7信号轴。研究表明，随着细胞的分化，LIN28A的表达逐渐下降。然而，在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌等多种恶性肿瘤中LIN28A被重新激活，let-7表达下调，从而导致LIN28-let-7信号轴失衡，这与肿瘤恶性程度、肿瘤患者不良预后等呈高度正相关。然而，到目前为止，关于LIN28-let-7信号轴在体内的精准调控机制仍不十分清楚。在本项目研究中，我们发现LIN28A在体内和体外均能发生SUMO1修饰，且第15位赖氨酸残基（K15）是其主要的修饰位点。此外，LIN28A的SUMO1修饰具有可调控性，肿瘤微环境低氧hypoxia可以诱导LIN28A的SUMO1修饰，而肿瘤化疗药物顺铂和紫杉醇抑制LIN28A的SUMO1修饰。进一步研究发现，SUMO1修饰增强LIN28A对let-7家族miRNA生物合成的抑制。通过分子机制研究阐明，SUMO1修饰增强了LIN28A与pre-let-7的亲和力，阻碍DICER1对pre-let-7的加工剪切。同时，LIN28A的SUMO1修饰促进了TUT4/7尿苷转移酶对pre-let-7进行的寡尿苷化修饰，最终导致pre-let-7发生降解。此外，细胞和动物水平功能研究发现LIN28A的SUMO1修饰抑制let-7的生成进而促进细胞的增殖、迁移、恶性转化和肿瘤发生发展。最后，我们通过TCGA和CPTAC等临床数据库分析发现SUMO1和LIN28在多种临床肿瘤中呈现高表达的趋势，且LIN28的表达与肿瘤患者的不良预后呈正相关性。综上所述，本项目研究阐明了LIN28A的SUMO1修饰在调控肿瘤发生发展中的功能及作用机制，有望为肿瘤的精准治疗提供新的靶点。