PRMT7甲基化线粒体核糖体蛋白MRPS23抑制氧化磷酸化促进乳腺癌转移的机制研究

Arginine methylation is a common post-translational modification (PTM) that plays an important role in transcriptional regulation, DNA damage repair and signal transduction. PRMT7 is a recently discovered human protein-arginine methyltransferase and there is little data available about the PTM and functions of PRMT7. Our previous research has found that PRMT7 can promote breast cancer metastasis, but the in-depth molecular mechanism has not been revealed very well. In this project, by in vitro and in vivo experiments, we will clarify the methylation type and modification site of Mitochondrial Ribosomal Protein S23（MRPS23）, which is a new substrate of PRMT7 . Moreover, the role and mechanism of MRPS23 and its arginine methylation in oxidative phosphorylation and Warburg effect will be elucidated. Besides, we will also investigate the relationship between PRMT7 and MRPS23 in breast cancer metastasis. This project will provide a new experimental basis for the PRMT7 function and discover the protein arginine methylation modification regulating Warburg effect by mediating mitochondrial oxidative phosphorylation. It will provide a potential novel diagnosis and therapy target for breast cancer patients.

精氨酸甲基化修饰是一种普遍存在的蛋白质翻译后修饰，在转录调控、DNA损伤修复和信号转导等过程中发挥重要作用。PRMT7是一种发现较晚的蛋白精氨酸甲基转移酶，有关PRMT7催化的翻译后修饰及其功能的报道较少。我们的前期工作发现，PRMT7可以促进乳腺癌转移，但详尽的分子机制还不明确。本项目将围绕我们近期发现的PRMT7新底物-线粒体核糖体蛋白MRPS23，采用体外和体内等实验方法，明确PRMT7催化MRPS23甲基化修饰的类型和修饰位点；阐明MRPS23蛋白及其精氨酸甲基化修饰在线粒体氧化磷酸化中的作用和机制，及其与Warburg效应的关系；探究PRMT7和MRPS23与乳腺癌转移相关性。该项目的研究将为PRMT7功能的认知提供新的实验依据，发现蛋白精氨酸甲基化修饰通过介导线粒体氧化磷酸化影响Warburg效应的新机制，为提供乳腺癌诊断和治疗的新靶标奠定基础。

转移是乳腺癌致死的最重要原因。线粒体氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）和乳腺癌转移存在密切的关系。OXPHOS的抑制，可以适当促进mtROS的产生，导致肿瘤的转移。因此，研究OXPHOS和乳腺癌的关系，有助于揭示乳腺癌发生和转移的新机制。MRPS23是一种参与线粒体核糖体小亚基组成的蛋白质。在心脏病代谢综合征患者中的研究发现，MRPS23发生突变，同时线粒体呼吸链Complex I和IV的酶活性降低，提示MRPS23可能调节OXPHOS。PRMT7是一种III型精氨酸甲基转移酶，催化精氨酸发生单甲基化修饰。本课题组之前的研究发现PRMT7及其自甲基化修饰通过诱导EMT促进乳腺癌转移。但是，PRMT7是否可以通过甲基化非组蛋白促进乳腺癌转移否未见报道。. 在本课题的研究中，我们在MCF7-3×Flag-PRMT7细胞中利用Flag亲和层析纯化技术纯化出PRMT7蛋白复合物，然后经过质谱检测PRMT7结合的蛋白质，其中包括MRPS23。接着，我们证明了PRMT7和MRPS23存在直接结合的作用，最后通过甲基化分析质谱检测技术和体外甲基化实验我们证实，MRPS23第21位精氨酸（R21）能够被PRMT7甲基化修饰，并且这种甲基化修饰促进了MRPS23的泛素化降解，导致低水平的MRPS23。进一步研究发现PRMT7介导的MRPS23降解减弱了线粒体呼吸链Complexes I 和 IV活性，从而抑制OXPHOS水平。OXPHOS水平的抑制促进mtROS的产生，导致乳腺癌细胞的侵袭和迁移能力增强。随后，我们通过裸鼠的尾静脉注射技术发现R21位点的甲基化修饰促进乳腺癌的转移。另外，MRPS23 R21位点的精氨酸甲基化水平和乳腺癌的恶性程度呈正相关。. 综上，我们发现PRMT7催化MRPS23发生精氨酸甲基化修饰能够促进MRPS23蛋白的降解，进一步抑制OXPHOS水平，产生mtROS，最终导致乳腺癌转移。我们的研究揭示了蛋白质精氨酸甲基化翻译后修饰促进乳腺癌转移的新机制。该研究成果为靶向MRPS23精氨酸甲基化修饰抑制乳腺癌转移提供了重要的理论基础。