RAF小分子抑制剂在BRAF突变黑色素瘤细胞中诱导ERBB3转录表达的机制研究

The clinical efficacy of RAF inhibitors in treating mutant BRAF tumors is strongly comprised by adaptive resistance. Previous studies have shown that the upregulation of ERBB3 by ERK1/2 signal inhibition and activation of its downstream anti-apoptotic PI3K/AKT pathway is one of the most important and popular mechanisms of adaptive resistance. However, how ERBB3 expression is induced by blockade of ERK1/2 signaling remains unknown. Using mutant BRAF melanoma cell line models, we aim to unravel the molecular mechanisms of ERBB3 regulation by RAF inhibitors. We will first identify the transcription factor(s) downstream of ERK1/2 signaling that mediate the upregulation of ERBB3 and explore its functional mechanism. We will then study the regulation mechanism of the identified transcription factor by ERK1/2 signaling. Finally, we will investigate the impact of transcription factor depletion on the anti-tumor efficacy of RAF inhibitor in cell line and mouse xenograft models. These works will not only help us to better understand the regulatory mechanisms of adaptive resistance but also provide new therapeutic targets for treatment of resistant tumors.

RAF小分子抑制剂对BRAF基因突变肿瘤的临床治疗效果受到肿瘤适应性耐药的严重制约。以往研究发现RAF抑制剂能通过阻断BRAF突变肿瘤细胞中的ERK1/2信号诱导ERBB3受体分子的转录表达，进而激活其下游PI3K/AKT抗凋亡信号通路，引起肿瘤对RAF抑制剂的适应性耐受。然而ERK1/2信号的阻断是如何诱导ERBB3转录表达的这一关键科学问题尚未得到解答。本项目拟以BRAF基因突变的黑色素瘤为研究模型，阐明RAF抑制剂诱导ERBB3转录表达的分子机制及相关信号通路。首先寻找ERK1/2信号下游参与调控ERBB3表达的转录因子并解析其作用机制；其次研究ERK1/2信号对该转录因子转录功能的调控机制；最后在细胞及荷瘤裸鼠模型中检验靶向干扰该转录因子的表达对RAF抑制剂抑癌效果的影响。本项目不仅能完善人们对肿瘤适应性耐药机制的认识，也能为克服肿瘤对RAF抑制剂的适应性耐药提供新的靶点和思路。

BRAF基因编码一种丝/苏氨酸激酶，在黑色素瘤、乳头状甲状腺瘤等癌症中有相当高的突变比例，该基因突变造成MAPK/ERK1/2信号通路高度激活，促进肿瘤发生。针对BRAF突变激酶的小分子抑制剂在黑色素瘤的临床治疗中取得了巨大成功，但仍有不少患者在治疗初期即对药物有适应性耐受现象。肿瘤适应性耐药是指肿瘤细胞在治疗药物作用下发生的应激反应，通过迅速、可逆地重构激活促生存信号通路使肿瘤细胞对药物产生抵抗。前期研究发现RAF抑制剂能通过阻断ERK1/2信号诱导黑色素瘤细胞中转录因子FOXD3的表达，后者激活ERBB3受体分子的转录表达，进而活化其下游PI3K/AKT抗凋亡信号通路，引起肿瘤对RAF抑制剂的适应性耐受。然而ERK1/2信号的阻断是如何诱导FOXD3转录表达的这一关键科学问题尚未得到解答。本项目首先寻找ERK1/2信号下游参与调控FOXD3表达的转录因子并解析其作用机制；其次研究ERK1/2信号对该转录因子转录功能的调控机制；最后在细胞及荷瘤裸鼠模型中检验靶向干扰该转录因子的表达对RAF抑制剂抑癌效果的影响。具体研究结果如下：①发现SOX10是介导RAF抑制剂诱导FOXD3表达的关键因子；②SOX10通过直接结合FOXD3启动子区域的位点激活FOXD3的转录表达；③ERK1/2激酶可通过磷酸化SOX10蛋白的T240/T244两个位点抑制其转录活性。④SOX10蛋白在K55位点有SUMO修饰，对SOX10的转录活性起正向调节作用。⑤SOX10 T240/T244磷酸化能阻断SOX10与SUMO E2连接酶UBC9的相互作用，从而减少SOX10的SUMO化修饰，抑制其转录活性。⑥敲低SOX10表达能有效提高RAF抑制剂对BRAF突变黑色素瘤动物模型的治疗效果。 本项目不仅更新了肿瘤适应性耐药调控机制方面的细胞生物学知识，也为肿瘤病人的临床治疗提供新的靶点和治疗思路。