蛋白激酶A介导的磷酸化调控芳香化酶降解机制的化学生物学研究

Regulation of aromatase, the key enzyme in estrogen biosynthesis, is an important strategy in the treatment of estrogen-related diseases such as breast cancer. However, aromatase protein degradation pathway and its mechanism still remain unknown, which limites our understanding of tissue specificity of aroamtase expression. Previously we found that luteolin, a natural product, can promote aromatase protein degradation possibly through cAMP-PKA（protein kinase A） signaling pathway. In order to study the molecular mechanism of PKA-mediated phosphorylation on aromatase protein degradation, we will use luteolin as a probe to study its structure-activity relationship to increase its activity and specificity in promoting aromatase protein degradation, and synthesize the luteolin with affinity tag to isolate its target; clarify the role of 26S proteasome in aromatase degradation, find the function of ubiquitinaiton in the regulaiton of aromatase degradation and identify its ubiquitination sites; study the mechanism of PKA-mediated phosphorylaiton on aromatase ubiquitination and degradation, and identify its phosphorylaiton sites; study the effect and mechanism of luteolin targeted protein on PKA-mediated aromatase phosphorylation and ubiquitination, and evaluate the effects of luteolin and its target protein on the proliferation, metastasis and tumorigenesis of breast cancer cells in vitro and in vivo. The purpose of this study is to elucidate the role of ubiquitin/26S proteasome pathway in the regulation of aromatase degradation and find the new mechanism of PKA-mediated phosphorylation in the regulation of aromatase degradation.

芳香化酶是体内催化雌激素合成的关键酶，调控其活性是治疗乳腺癌等雌激素相关疾病的重要手段。目前对芳香化酶的降解途径缺乏了解，限制了对其组织选择性表达调控机制的认识。我们前期发现天然产物木犀草素可能通过蛋白激酶A（PKA）促进了芳香化酶蛋白质降解。因此，为了研究PKA介导的磷酸化在调控芳香化酶降解中的作用机制，本课题拟以木犀草素为探针，通过构效关系研究，分离和鉴定其作用靶标；明确26S蛋白酶体在芳香化酶降解中的作用，发现泛素化在介导芳香化酶降解中的功能，确定其泛素化位点；研究PKA介导的磷酸化在调控芳香化酶泛素化降解中的作用机制，鉴定其磷酸化位点；研究木犀草素靶蛋白对PKA介导的芳香化酶磷酸化和泛素化的影响和作用机制，评价木犀草素及其靶蛋白对乳腺癌细胞增殖迁移以及体内肿瘤形成的影响。旨在明确泛素/26S蛋白酶体途径在调控芳香化酶降解中的作用，发现PKA介导的磷酸化在调控芳香化酶降解中的新机制。

芳香化酶是体内催化雌激素合成的关键酶，调控其活性是治疗乳腺癌等雌激素相关疾病的重要手段。目前对芳香化酶的降解途径缺乏了解，限制了对其组织选择性表达调控机制的认识。我们通过研究发现了一系列通过不同机制调控芳香化酶表达和活性的天然产物，包括中药慈竹中的植醇通过p38 MAPK抑制芳香化酶转录，2-苯基苯并呋喃类化合物通过变构作用促进芳香化酶的活性，中药淫羊藿中的异戊烯基类黄酮类化合物通过抑制磷酸二酯酶5促进芳香化酶的转录；通过构效关系研究发现木犀草素结构类似物7-甲基醚-木犀草素可以显著抑制雌激素的生物合成，作用机制研究表明该化合物通过抑制p38 MAPK和AKT的磷酸化从而抑制了转录因子CREB介导的芳香化酶转录；明确了木犀草素可以通过抑制TPL2激酶的活性，激活PDE4D水解cAMP的活性，抑制细胞内PKA的激活；揭示了26S蛋白酶体在介导芳香化酶泛素化和蛋白质降解在中的重要功能，明确了泛素/26S蛋白酶体途径在芳香化酶蛋白质降解中的作用；发现和阐明了PKA介导的芳香化酶第118位点磷酸化在调控芳香化酶稳定性中的新功能，揭示了prostaglandin E2-PKA通路在介导芳香化酶蛋白质稳定性中的新机制，发现了木犀草素对过表达芳香化酶乳腺癌细胞的体内抑制作用。这些研究为从不同角度进一步了解芳香化酶的表达调控机制奠定了基础，为进一步开发新的治疗乳腺癌等雌激素相关疾病的药物以及临床诊断标志物具有重要的意义。