甲胎蛋白与PTEN相互作用的结构生物学研究

Liver cancer is one of major human diseases that threatens human life and health. The alpha-fetoprotein (AFP) was found to be the early serum growth factor in the fetal liver development and hepatic oncogenesis, however, the actual biological roles played by this cytoplasm AFP remain elusive. We have recently provided some evidence to illustrate that cytoplasm AFP may be function as a regulator in the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/AKT pathway in human hepatocellular carcinoma cells through binding to PTEN (phosphatase and tensin homolog) protein. Although we have found that the AFP can interact with PTEN, the details of the interaction are not clear. In order to reveal the molecular relationship between AFP and PTEN, we propose to solve the AFP structure in complex with PTEN by X-ray cryptography. The structural information will provide us more insights into their interaction mechanisms, functions and conformational changes. The critical residues in the contacting site of the two proteins can be defined and further characterized. Ultimately, this complex structure will help us to identify the targets for designing the drugs and vaccines against liver cancer.

甲胎蛋白（alpha-fetoprotein ，AFP）是肝癌发生时早期表达的特异性蛋白质，它在肝癌中发挥重要的作用。我们课题组近期研究发现AFP能与PTEN结合，抑制PTEN的活性，并激活PI3K/AKT 信号，促使肝细胞恶性转化。尽管研究显示AFP能与TPEN结合，但是它们相互作用的分子机制并不清楚。为了揭示AFP的结构与功能的关系，我们将通过X-ray技术及结构生物学等方法揭示AFP与PENT的共结晶结构，阐明其相互作用的关键氨基酸，并对AFP与PTEN结合的关键氨基酸进行突变，在细胞内验证这些氨基酸残基如何影响PI3K/AKT信号传导，进而影响肝细胞恶性转化等。本课题将从新的视角阐明AFP的致癌机理，为设计防治肝癌的新型药物和疫苗奠定基础。

甲胎蛋白（AFP）是肝癌恶性转化中表达的特异性蛋白质，我们早期研究发现AFP可能与人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（PTEN）结合，促使肝细胞恶化。但是它们相互作用的机制并不清楚。本课题分析了AFP与PTEN结合的分子机理，进而阐明AFP导致肝癌恶化的机制，为肝癌防治提供药物设计的靶点及新思路。我们首先在真核细胞中表达AFP，并通过质谱等方法鉴定其结构及生物活性。研究结果表明我们表达与纯化的AFP的结构和功能是正确的。得到活性较好的AFP后，我们研究其与PTEN的共结晶，由于它们的共结晶分辨率不是很好。我们就通过荧光能量共振、激光共聚焦、免疫共沉淀、分子模拟及定点突变等进一步分析AFP与PTEN结合的情况。在荧光能量共振中，我们观察到荧光能量由AFP向PTEN转移的现象，并且它们的吸收光谱有重叠，这些说明它们在肝癌细胞中结合。在激光共聚焦、免疫共沉淀中我们也发现了AFP与PTEN结合。我们还发现了AFP通过结合PTEN后，抑制肝癌细胞凋亡、自噬；促进肿瘤生长、癌细胞恶性转化等。突变某些重要的位点可以阻止它们结合。另外，我们还分析了AFP的其他活性位点，我们发现AFP结合不同蛋白时，其活性位点不同，突变不同的位点会影响其与不同的蛋白结合，进而影响癌症的多种特征。因此我们得出结论，AFP不仅影响肝癌症的一种特征，它具有促癌细胞增殖及抑制癌细胞凋亡等功能，它参与多种生物途径，它在肝癌的发展过程中具有可变性。综合上述结果，本研究为探讨AFP与PTEN的结构与功能的关系奠定了坚实的工作基础，同时进一步认识了肝癌的发生及恶性转化机制。项目资助发表了SCI论文12篇，核心论文3篇，培养博士生2名，硕士生10名。项目投入经费40.0000万元，支出29.8952万元，各项支出与预算基本相符。剩余经费10.1048万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。