PRMT1精氨酸甲基化NONO促进结直肠癌侵袭转移的机制研究

Metastasis is the leading cause of colorectal cancer (CRC) death and the mechanism is unknown. Based on genome-wide knockout libraries, we found that non-POU domain-containing octamer-binding protein(NONO)with transcriptional functions promote CRC transfer. The protein profiling revealed that PRMT1 not only binds to NONO, but also promotes CRC transfer. PRMT1 is known to be an arginine methyltransferase. Based on this, we propose that protein arginine methyltransferase 1 (PRMT1) methylation-modified NONO, promotes CRC transfer by downstream pathways. Pre-experiments confirmed that PRMT1 can be methylated to modify the NONO arginine R250/283 locus. this locus increases transcription efficiency of the matrix metalloproteinase family（Matrix metalloproteinases，MMP1）. This project intends to use the methods of gene knockout, protein profiling and RNA-Seq to illuminate the mechanism of PRMT1 methylation of NONO arginine R250/283 locus, to clarify the mechanism of transcriptional activation of MMP1 by NONO after arginine methylation, to explore the feasibility of PRMT1 inhibitors targeting its pathway to antagonize CRC metastasis. Combined with animal model and clinical validation, the novel mechanism of PRMT1 arginine methylation modification NONO, activation of MMP1 and promotion of CRC transfer was manifested, which provides a theoretical basis for the targeted anti-metastatic treatment.

转移是结直肠癌（CRC）主要的死亡原因，机制不明。基于全基因组敲除文库，我们发现具有转录功能的NONO蛋白可促进CRC转移，随后的蛋白质谱分析鉴定出PRMT1既可与NONO结合，又可促进CRC转移。已知PRMT1为精氨酸甲基转移酶。基于此，我们提出PRMT1甲基化修饰NONO，籍由下游通路促进CRC转移。预实验证实：PRMT1可非对称双甲基化修饰NONO精氨酸R250/283位点，后者可增加基质金属蛋白酶1（MMP1）转录。本项目拟采用基因敲除、蛋白质谱及RNA-Seq等方法，阐明PRMT1甲基化NONO精氨酸R250/283位点的机制；明确NONO被精氨酸甲基化修饰后转录激活MMP1的机制；探讨PRMT1抑制剂靶向该通路拮抗CRC转移的可行性。结合动物模型及临床验证，最终阐明PRMT1精氨酸甲基化修饰NONO，激活MMP1，促进CRC转移这一新颖机制，为基于此靶向抗转移治疗提供理论依据。

结直肠癌（colorectal cancer， CRC）是人类第三大致死的恶性肿瘤。新辅助放化疗和全直肠系膜切除手术改善了局部晚期直肠癌的预后，增加辅助化疗降低了局部晚期结肠癌患者的复发率。但是，远处转移是CRC死亡的主要原因；转移患者的5年生存率显著低于非转移疾病患者（90.0% vs 14.0%），确定新的治疗靶点可以为开发改善转移性CRC结局的药物提供基础。本项目工作中，我们发现：1）NONO在CRC组织中过表达，并促进细胞增殖、迁移和侵袭。NONO的R251残基被PRMT1不对称二甲基化，促进CRC细胞的增殖、迁移和侵袭，通过抑制PRMT1的表达或使用药物抑制剂可以抑制R251甲基化NONO介导的CRC细胞增殖、迁移和侵袭，这种效果与KRAS突变状态无关（Oncogene，2021）。2）设计了一种温和光热效应辅助治疗的纳米药物（MnO2@MPDA-PEG），提高了PD-L1抗体在CRC免疫治疗中的临床疗效（Biomaterials Science, 2022）。3）探讨了iRECIST 评估 PD-1 和 PD-L1 抑制剂治疗胃肠道恶性肿瘤的治疗反应及其与生存率的相关性（BMC Cancer，2021）；发现了与单独全直肠系膜切除术或全直肠系膜切除术加辅助化疗相比，新辅助放化疗可提高MRI定义的高风险直肠癌患者的预后（BJR，2021）；开发并验证了一个基于人工智能的影像病理融合模型(RAPIDS)，准确预测直肠癌对新辅助放化疗的反应，使局部晚期直肠癌的个体化治疗成为可能（Lancet Digit Health，2022）。总体来看，该项目在依计划执行的同时，开展了其他方向的探索并取得了显著的成果，上述系列成果为开发改善转移性CRC结局的药物提供基础，使结直肠癌免疫治疗效果增强成为可能。