PAD4诱导H3瓜氨酸化促进NETs形成在结直肠癌转移中的机制研究

NETs are extracellular neutrophil-derived DNA webs, PAD4 promotes the formation of NETs. Our results showed that PAD4 was over-expressed in colorectal cancer cells, which can induce the citrullination of Histone 3 and the formation of the NETs. Over-expression of PAD4 promoted proliferation and metastasis of colorectal cancer cells distinctly. Therefore, we proposed a new regulatory mechanism: the formation of NETs catalyzed by PAD4 in colorectal cancer cells promotes the proliferation, invasion and metastasis of colorectal cancer cell. To test this hypothesis, we will use cell lines, clinical specimens, nude mice as experimental tools to confirm: (1) PAD4 induces the citrullination of H3 in colorectal cancer cell lines and promotes the NETs formation; (2) the role of NETs in proliferation, invasion, each stage of metastasis (invasion of the blood vessels and extravasion, metastatic site proliferation) in colorectal cancer;(3) DNase1 restrains the metastasis of colorectal cancer cell by degrading the of NETs structure;(4) NETs bind to colorectal cancer cells throughβ1-integrin. In our research, we try to systemically explore the mechanism and significance of the structure and the function of NETs in colorectal cancer metastasis, and aim to give new insights for molecular mechanism of tumor metastasis.

NETs为染色质DNA构成的纤维状结构，PAD4能有效促进NETs形成。前期研究结果显示，结直肠癌细胞中，过表达PAD4能诱导细胞中组蛋白H3的瓜氨酸化及NETs的形成；过表达PAD4，对结直肠癌细胞的增殖和转移具有明显的促进作用。因此，我们提出了一个新的调控机制：结直肠癌细胞中，PAD4催化NETs的形成，促进结直肠癌细胞的增殖、侵袭和转移。为验证这一假设，拟利用细胞株、临床标本、裸鼠体内实验等技术明确：（1）结直肠癌细胞株中PAD4修饰H3瓜氨酸化及NETs形成；（2）NETs在结直肠癌增殖、侵袭、各阶段转移（侵入血管、侵出血管及转移部位增殖）中的作用；（3）DNase1通过降解NETs结构能抑制结直肠癌细胞转移；（4）NETs通过β1-integrin与结直肠癌细胞的结合。过本课题从结构到功能系统性的阐述NETs形成在结直肠癌转移中的机制及意义，为结直肠癌的转移机制提新的思路。

结直肠癌是常见的恶性肿瘤，已经成为我国三大恶性肿瘤之一。结直肠癌患者目前主要治疗手段还是以手术和放化疗为主，但仍旧进1/3患者发生肝、肺转移，危及生命。本课题旨在阐明结直肠癌转移的分子机制，寻求有效的新的调控靶点，为转移机制研究提供新的研究方向。NETs为染色质DNA构成的纤维状结构，能显著促进肿瘤的转移。PAD4能有效催化精氨酸残基为瓜氨酸，促进NETs形成。本研究拟利用细胞株、临床标本、裸鼠体内实验等技术明确：（1）结直肠癌细胞株中PAD4修饰H3瓜氨酸化及NETs形成；（2）PAD4在结直肠癌增殖、侵袭、各阶段转移中的作用；（3）PAD4抑制剂能抑制结直肠癌细胞转移。本课题从结构到功能系统性的阐述PAD4瓜氨酸化形成在结直肠癌转移中的机制及意义，为结直肠癌的转移机制提新的思路。本课题主要研究结果：（1）PAD4在结直肠癌组织及细胞中呈高表达，差异具有显著性。（2）PAD4促进NETs形成，染色质结构发生了改变：ATAC-seq结果显示，ATAC-seq质控合格，酶切片段在200bp左右富集，瓜氨酸化后某些区域对照组与处理组之间存在显著性差异。RNA-seq结果显示在处理组中， HCT116细胞中显著性上调基因有637个，下调基因数为254个；SW480细胞中显著性上调基因有361个，下调基因数为179个。PAD4过表达，瓜氨酸化增强，差异性表达基因数整体显著性增多。（3）体内外实验证实，PAD4对CRC细胞增殖、侵袭转移具有显著性作用。本课题目前已在国际会议发表研究成果2次，培养研究生3名，博士后2名，以该基金已发表论文2篇（有标注1篇），在投2篇。