HDAC10核质定位及其介导的自噬作用在肺癌中的功能和机制研究

Lung cancer is the leading cause of cancer death in China. HDAC and autophagy both are implicated in cancer development and attractive therapeutic targets for lung cancer. We found that the expression of HDAC10 in lung cancer is higher than adjacent normal tissue and negatively correlates with survival rate. Our experimental data suggested that HDAC10 promotes lung cancer growth and is required for lung cancer survival. Interestingly, HDAC10 mainly resides in nucleus in normal lung epithelial cells but localizes to cytoplasm in lung cancer cells. We also found HDAC10 promotes autophage in lung cancer cells and interacts with AKT and tubulin, both are regulators of autophagy. We plan to 1) investigate how the localization of HDAC10 is regulated and the contribution of cytoplasmic HDAC10 to cell transformation; 2) identify autophagy-related proteins that interact with HDAC10 and characterize the biochemical interplay between HDAC10 and its interacting proteins; 3) investigate how the interplay of HDAC10 and its interaction proteins regulates autophagy in lung cancer cells; 4) evaluate the role of HDAC10 and its mediated autophagy in the cell growth and survival of lung cancer. The proposal uncovers the function and mechanism of HDAC10 in autophagy, cell growth and survival of lung cancer and reveals the potetial of HDAC10 as a novel therapeutic target for lung cancer.

肺癌是我国发病与死亡率最高的癌症，HDAC和自噬作用都在癌症中发挥重要作用并成为倍受关注的靶点。我们前期发现：1)HDAC10在肺癌中高表达并与生存率负相关，促进肺癌增殖并为其生存所必需；2)HDAC10在肺正常细胞中位于细胞核，但在肺癌细胞中位于细胞质；3)HDAC10促进肺癌细胞自噬作用并与自噬调节蛋白AKT和tubulin相互作用。本计划：1)研究HDAC10核质定位的机制及其胞质定位与细胞癌化的关系；2)鉴定肺癌细胞中与HDAC10相互作用的自噬相关蛋白并研究它们如何相互作用；3)研究HDAC10与相关自噬蛋白如何共同调节肺癌的自噬作用；4)研究HDAC10介导的自噬在肺癌增殖和生存中的作用。本项目从HDAC10的核质定位及其与Non-histone蛋白相互作用调节自噬这一新视角，研究其在自噬、肺癌发生、增殖和生存中的机制，探讨其能否作为肺癌治疗的新靶点，具有重要的理论和应用价值。

HDAC10是组蛋白去乙酰化酶II类家族的一员，其功能很少研究，在肿瘤中的功能和机制尚属未知。我们发现在肺癌组织样品中HDAC10是显著高表达的，在肺癌及其癌旁细胞中HDAC10的细胞定位不同。在基金委项目的资助下，我们针对HDAC10细胞内定位机制以及它在肺癌中的功能和机制进行了研究。我们首次鉴定了在HDAC10的LRD区(leucine-rich domain)有一段R505L506L507C508V509A510L511是HDAC10的核定位信号(nuclear localization signal，NLS)。通过改变该区域可以让HDAC10不进入细胞核而只存在于细胞质中。该定位机制的发现为进一步研究HDAC10在其它各种生物学过程中的功能和分子机制提供了非常有益的信息。我们研究还发现HDAC10在肺癌细胞中的高表达能够促进细胞周期加快和肿瘤生长，knockdown HDAC10的表达会引起肺癌细胞死亡。这种作用是HDAC10在细胞质中通过与自噬相关重要蛋白AKT相互作用来实现的。HDAC10和AKT蛋白相互作用后能够促进AKT蛋白的Ser473氨基酸的磷酸化，而该位点的磷酸化是AKT激酶活化所必需的。我们发现HDAC10的乙酰化酶活力如果被抑制，它和AKT蛋白的相互作用会减弱，相应的AKT激活所必需的磷酸化也减弱。缺少HDAC10引起的细胞死亡可以通过过表达AKT来挽救。在小鼠模型中的研究表明在肿瘤中HDAC10的功能和机制和肺癌细胞中一致。AKT是肺癌中促细胞增殖信号通路EGFR的主要介导分子，因此我们关于HDAC10的定位、功能及其与AKT的作用机制在肿瘤治疗中具有潜在的诊断和治疗应用价值。此外，在本项目的资助下我们还发现HDAC10在血管生成和神经分化中具有一定的功能。我们还发现HDAC10的N端存在一些磷酸化位点可能与HDAC10的活性或定位相关。通过本项目资助，我们关于HDAC10的研究极大的加深了我们对HDAC10、肺癌以及AKT功能的理解，具有一定的理论和应用价值。