Bcl-3调节Wnt信号与结直肠癌细胞干性的表观遗传机制研究

Colorectal cancer is the most common malignant cancer in the gastrointestinal system. Accumulating evidences suggested that the persistent activation of Wnt signaling plays critical role in the development and progression of colorectal cancer. Wnt signaling is strictly regulated. However, the underlying mechanisms of Wnt signaling still require to be further investigated. Our preliminary data revealed that IκB family member Bcl-3 played a crucial role in both Wnt signaling and the maintenance of colorectal cancer stemness. Bcl-3 protein was induced by Wnt3a, which in turn translocated into the nuclear and constantly activates Wnt signaling. The regulation by Bcl-3 is not accompanied by the changes of β-catenin protein stability or cellular distribution. Bcl-3 knockdown effectively inhibited the maintenance of cancer cell stemness in vitro and reduced the drug resistance of colorectal cancer cells. However, how Bcl-3 regulates Wnt activation remains unknown. This project will understand the epigenetic mechanisms underlying the regulation of Bcl-3 in Wnt signaling with respect to protein acetylation. Mouse model will be employed to investigate the role of Bcl-3 in the maintenance of colorectal cancer stemness and colorectal cancer development. Our work will provide a new target and strategy for the prevention and treatment of colorectal cancer.

结直肠癌是胃肠道系统中最常见的恶性肿瘤之一，已有的研究显示Wnt信号的持续性激活在结直肠癌的发生发展过程中扮演着极为重要的作用。机体中Wnt信号通路受严格调控，目前仍有众多新的调控分子及其调控机制尚未揭示。我们率先发现IκB家族成员Bcl-3在Wnt信号通路中起重要的调控作用。Wnt信号能稳定Bcl-3蛋白并促进其细胞核内聚集。敲低Bcl-3能抑制Wnt信号转录活性以及下游基因的表达，但并不影响β-catenin蛋白表达及入核；也能有效抑制结直肠癌肿瘤干细胞体外生长能力，并提高肿瘤细胞对常规化疗药物的敏感性。本项目将确定Bcl-3对Wnt信号的关键调控作用，从蛋白乙酰化修饰等角度阐明Bcl-3调控Wnt信号转录活性的表观遗传机制，并在小鼠模型中验证Bcl-3在结直肠癌细胞干性维持以及肿瘤发生发展中的作用，以期为结直肠癌的防治提供新的分子靶标和策略。

在结直肠癌的肿瘤发生与结肠肠癌肿瘤干细胞的干性维持过程中，经典Wnt/β-catenin信号通路发挥着关键性的作用，但对此过程的调控机制的研究尚不明确。为此，我们通过本课题着重探讨靶向Wnt信号通路和结直肠癌发生发展的作用机制。Bcl-3是IκB家族的成员之一，已有研究表明Bcl-3在结直肠癌中有较高表达，并能促进结直肠癌的发生发展。按照课题的设计和预期，我们发现Bcl-3能通过激活经典Wnt/β-catenin信号通路维持结直肠癌肿瘤干细胞的干性，进而促进结直肠癌肿瘤发生。在结直肠癌细胞系中沉默Bcl-3，发现结直肠癌肿瘤干细胞的自我更新能力明显下降，并且使结直肠癌细胞系对于化疗药物的处理更加敏感。此外，通过实验我们还发现Bcl-3是Wnt/β-catenin信号通路的一个关键调控因子，参与调节β-catenin下游基因的转录活性。Wnt3a处理细胞能显著增加细胞内总的Bcl-3蛋白量以及细胞核内的Bcl-3蛋白量，细胞核内的Bcl-3与β-catenin结合，增强β-catenin第49位赖氨酸乙酰化修饰水平（Ac-K49-β-catenin）进而促进下游基因的转录水平。对于机制的研究，我们发现Bcl-3敲低的细胞中β-catenin与去乙酰化酶HDAC-1的结合显著增强，导致Ac-K49-β-catenin水平降低。通过对结直肠癌病人临床样本的研究我们发现Bcl-3的表达与患者生存率呈负相关，与Ac-K49-β-catenin的表达呈正相关。以上的研究结果提示我们Bcl-3在结直肠癌发生发展和结直肠癌肿瘤干细胞干性维持的过程中起到了关键性作用，Bcl-3有望成为治疗结直肠癌的新的靶标分子。