影响核膜与内质网膜结构的ANKLE2分子在衰老调控中的关键作用

Genomic instability and loss of proteostasis would be the initiating triggers of the processes of aging. ANKLE2 belongs to the LEM protein family. Increasing evidences indicate the mutation or deletion of the genes encoding lamins and LEM peotein family members would resut in the Nuclear Envolopathies. We have found that the cells with dysregulation of ANKLE2 showed an impaired structure of nuclear envelope (NE) and endoplasmic reticulum (ER). In this project, we will use mouse model to study the roles and mechanisms of Ankle2 in the process of aging: (1) To discover and record the complexity and diversity of phenotypic presentation in the mouse model. (2) To determine how the ANKLE2 dysregulation would cause the damage of the NE and the ER. (3) To understand the interaction between ANKLE2 and the pathways that regulate aging.

核膜结构异常会引发基因组失稳，内质网膜结构异常会导致蛋白质组稳态丧失。基因组失稳和蛋白质组稳态丧失均是衰老的启动触发性因素。ANKLE2属于LEM蛋白家族，多种LEM家族蛋白成员、核纤层蛋白和BAF的突变都会导致以衰老以及退行性疾病为主的核膜相关病。我们在前期研究ANKLE2的生物学功能时发现其表达异常会同时导致核膜结构与内质网膜结构的异常，因此，本项目拟研究ANKLE2在衰老中的功能和作用机制：（1）利用Ankle2基因敲除小鼠模型研究其介导的衰老表型和退行性疾病类型。（2）研究其致核膜和内质网膜结构异常的机制。（3）研究其与衰老调节通路之间的互作。本项目的顺利完成有助于明确ANKLE2在器官衰老和器官退行性变化中的功能，有助于深入理解器官衰老及向退行性演变的遗传因素及其分子网络机制。

核膜结构异常会引发基因组失稳，基因组失稳是衰老和肿瘤发生发展的启动触发因素。LEM4(ANKLE2)属于LEM蛋白家族，各种LEM家族蛋白成员的突变或者异常激活都可能会导致肿瘤发生或者衰老相关等核膜疾病发生。本项目研究发现LEM4高表达与乳腺癌患者的总生存率显著负相关。LEM4过表达显著促进乳腺癌细胞增殖和肿瘤生长、敲减LEM4能抑制肿瘤细胞增殖和肿瘤生长，并且过表达LEM4可促使ER阳性乳腺癌细胞的增殖不依赖于雌激素信号，且对他莫昔芬处理产生抵抗。敲减LEM4的表达可以恢复ER阳性乳腺癌细胞对他莫昔芬处理的敏感性。分析临床治疗数据发现在应用他莫昔芬治疗的乳腺癌病人中，LEM4高表达显著降低乳腺癌患者的无复发生存率。机制研究发现LEM4能与CDK4和Rb蛋白相互作用来提高这些蛋白的稳定性并促进CDK4对Rb蛋白的磷酸化修饰，从而促进ER阳性乳腺癌肿瘤细胞的细胞周期G1/S转化，继而导致肿瘤细胞的恶性增殖和对他莫昔芬治疗的抵抗，而敲减LEM4或他莫昔芬与CDK4/6抑制剂PD0332991联合处理能使ER阳性乳腺癌细胞移植瘤对他莫昔芬处理敏感。研究还发现LEM4能激活配体非依赖的ER信号通路。LEM4与Aurora A和ER相互作用不仅能抑制这些蛋白的降解，而且能促进Aurora A对ER-ser167位点的磷酸化修饰，从而激活ER的转录活性而促进靶分子 cyclin D1和c-Myc等的转录，从而进一步促进ER阳性的乳腺癌细胞增殖和对内分泌治疗的耐受。综上所述，LEM4激活cyclin D-CDK4/6-Rb 轴及ER信号通路来诱发ER阳性乳腺肿瘤对他莫昔芬等内分泌治疗产生抵抗，是一个有重要价值的治疗靶标。另一方面，本项目构建了Lem4条件敲除或敲入小鼠模型，发现了LEM4的表达异常会导致基因组失稳（结果未发表，作为前期研究结果在2019年度申请国家自然科学基金面上项目并获资助，资助号为31970667）。在某些组织特异敲除的小鼠模型中已经发现了显著的衰老表型（结果未发表）。这些数据结果说明LEM4在肿瘤发生和衰老发生中具有重要的调控作用。