PTEN在DNA损伤修复中介导组蛋白H2A/H3修饰调控前列腺癌发生发展

Histone modification defects in DNA damage repair can induce genomic instability leading tumorigenesis. In our preliminary work we found that PTEN may regulate histone modifications in DNA damage response (DDR) through its SUMOylation, thereby influencing prostate cancer development. The project will further focus on the new features and molecular mechanisms of SUMO-PTEN in DDR: SUMO modification of PTEN induced by DNA damage promotes it to bind to chromatin histones nearby DNA damage. At the distal to DNA break (such as DSB), SUMO-PTEN can recruit EZH2/PRC2 (Polycomb-group repressive complex 2) to increase the level of H3K27me3, thus preventing gene transcription. At the same time, at the proximity of DNA break SUMO-PTEN can recurit BAP1/PR-DUB (Polycomb repressive deubiquitinase) to remove the monoubiquitination of H2A on K119 residue (H2Aub), thus allowing the recruitment of downstream DNA break signaling and repair proteins. We will also construct the SUMO-site point mutated PTEN knock-in and EZH2/BAP1/PTEN knockout mouse prostate models and analyze the mutations and expression levels of these three genes in clinical prostate cancer samples, in order to clarify the function and physiological significance of PTEN in DDR and prostate cancer development.

在DNA损伤修复中组蛋白修饰的缺陷可诱发基因组不稳定性进而导致肿瘤发生。在前期工作中，我们发现PTEN通过其类泛素化（SUMOylation）修饰可能调控DNA损伤应答（DDR）中组蛋白的修饰，进而影响前列腺癌的发生发展。本项目将深入研究在DDR中SUMO-PTEN的新功能及分子机制：DNA损伤促进PTEN SUMO化可使其结合到DNA损伤附近的染色质组蛋白上。在DNA断裂较远端处，SUMO-PTEN招募EZH2/PRC2，提高H3K27me3的水平而阻止基因转录；同时，在DNA损伤最近端处，SUMO-PTEN则招募BAP1/PR-DUB，去除H2AK119的单泛素化而允许对DNA损伤进行直接修复。还将构建SUMO位点突变的PTEN敲入、EZH2/BAP1/PTEN敲除的小鼠前列腺模型及分析临床前列腺癌中三个基因的突变与表达情况，以期阐明PTEN在DDR与前列腺癌发生发展中的功能及生理意义

通过本项目的研究，我们重点阐明了：（1）在DNA损伤修复中PTEN通过去除53BP1的磷酸化而促进同源重组修复的分子机制。具体说来： SUMO化已被证明是DNA损伤修复正确必不可少的信号。我们观察到PTEN的SUMO化修饰促进HR，SUMO化缺陷型PTEN显示HR修复受损，但其潜在的分子机制尚未明确。我们证明了DNA损伤可增加PTEN的SUMO化修饰，从而导致PTEN在染色质上的装载。p14ARF是一种众所周知的肿瘤抑制因子，也是非典型的SUMO E3连接酶。DNA损伤可诱导p14ARF发生磷酸化，从而介导增强其与PTEN的相互作用，促进PTEN的SUMO化修饰。SUMO化修饰的PTEN被BRCA1识别，随后被招募到DNA断裂中，导致53BP1的去磷酸化和增强的DNA末端切除。SUMO化修饰缺陷PTEN-K254R小鼠对DNA损伤修复能力明显减弱。阻断SUMO化途径或PTEN磷酸酶和PI3K Akt信号可提高前列腺肿瘤细胞对化疗的敏感性。这些结果为PTEN对DDR的调控提供了新的见解，也为那些化疗耐药肿瘤的临床干预提供了依据。（2）在DDR中SUMO-PTEN介导组蛋白H2A/H3的修饰进而调控DNA损伤修复与肿瘤发生发展的分子机制。（3）发现BAP1是PTEN的一个新去泛素化酶，可通过去泛素化稳定PTEN进而抑制前列腺癌的进展。