miR-31调控乳腺干细胞的功能研究

Mammary gland homeostasis is maintained by multipotent mammary stem cell (maSC) precisely regulating its self-renewal and differentiation. The abnormality of the regulational mechanism is highly associated with tumorigenesis. Among our microRNA profilings of mammary gland stem cell, miR-3 is specifically expressed mammary gland stem cell, and highly expressed in human breast cancer as well. To study miR-31 function, we established inducible miR-31 transgenic mice. We found that overexpression of miR-31 can promote mammary stem cell self-renewal, but inhibit cell differentiation by activating Wnt signaling pathway. It suggested that miR-31 is a key regulator on mammary gland behavior. In this proposal, we will deeply study the role of miR-31 in mammary gland stem cell and breast cancer using miR-31 conditional knockout mouse, miR-31 transgenic mouse, MMTV-Her2 mouse, mammary cell line, and breast cancer cell line systems. This research is highly significant to provide scientific evidences for the diagnosis and therapy of breast cancer, and to develop new targets for drug designation as well.

乳腺干细胞精确地调控自我更新和分化两种行为，用于维持乳腺组织自身各种细胞的均衡。这种干细胞调控机制的失控往往与癌症发生密切相关。在研究乳腺干细胞的基因表达谱时，我们发现了一个在乳腺干细胞特异表达而且在乳腺癌中高表达的microRNA，miR-31。 在前期工作中，我们建立了miR-31过表达的转基因小鼠。我们发现miR-31过表达可以通过激活Wnt信号通路活性来促进小鼠乳腺干细胞的自我更新，而抑制细胞分化。这表明miR-31很可能在乳腺干细胞的调控起到关键作用。在此基础上，本项目采用基因敲除，转基因小鼠模型和乳腺癌小鼠模型，结合乳腺细胞系和乳腺癌细胞系，全方位深入探讨miR-31在乳腺干细胞和乳腺癌中的功能。该课题将为乳腺癌的诊断和治疗提供更为充分的科学依据，为药物设计提供新的靶点，具有重要的科学意义和应用价值。

多能性乳腺干细胞在维持乳腺发育和内稳态中发挥着重要作用。维持多能性干细胞自我更新和分化的平衡对于维持乳腺组织内稳态是必需的，保持其一定的增殖能力用于维持组织的正常功能，而当减弱多能性乳腺干细胞的自我更新则会一定程度上阻止肿瘤的发生。所以阐明多能乳腺干细胞的自我更新和命运决定是了解乳腺发育和肿瘤发生的重要科学问题。WNT信号通路对促进多能性乳腺干细胞的激活和肌上皮层细胞命运决定非常重要。虽然WNT信号通路在多能乳腺干细胞和乳腺癌方面已有广泛研究，但是乳腺中维持干细胞的自我更新和分化的具体调控机制还不完全清楚。有文献报道，microRNAs在调控成体干细胞的命运和肿瘤发生过程中起着重要作用。然而，目前miR-31在乳腺发育、多能乳腺干细胞的激活以及乳腺肿瘤发生过程中的体内功能仍不清楚。.我们利用miR-31过表达或敲除小鼠和MMTV-PyVT自发性乳腺癌模型揭示miR-31促进多能乳腺干细胞的激活和乳腺肿瘤的发生，同时抑制乳腺上皮细胞的分化。具体内容如下：.1)在乳腺发育和肿瘤发生过程中，MiR-31是RANKL-RANK-NF-κB信号通路中的关键下游因子。.2)在乳腺发育过程中MiR-31促进乳腺干细胞的扩增，同时抑制上皮细胞的分化；MiR-31是维持乳腺肌上皮层干细胞自我更新和分化平衡的关键调控因子。.3)MiR-31促进肿瘤的生长，肿瘤干细胞的自我更新，肿瘤的转移，显示miR-31在乳腺癌中是重要促癌基因。.4)MiR-31在抑制青春期小鼠乳腺腺泡的早熟和抑制怀孕小鼠腺泡的的分化过程中起着重要作用。.5)MiR-31通过激活抑制Wnt拮抗剂Gsk3β， Dkk1 和 Axin1来激活Wnt信号通路，通过负调控Smad3 和Smad4来抑制TGFβ信号通路。.6)在人的乳腺癌中，miR-31在肌上皮样的乳腺癌中是高表达的，与RANKL的表达成正相关。..以上研究结果表明miR-31是多能性乳腺干细胞激活和乳腺肿瘤发生的关键调节因子。