β-catenin 特异性结合低氧诱导因子HIFα新复合体的发现及其功能调控的结构机理

The canonical Wnt pathway plays critical roles in embryonic development, stem cell growth, and tumorigenesis. The misregulated wnt signaling pathway has been often associated with cancer. As a critical component of the Wnt pathway, β-catenin interacts with Tcf/LEF and BCL9 in the nucleus, resulting in the stimulation of the Wnt pathway and transactivation of Wnt target genes. And in return, the wnt pathway, when induced, also inhibits the degradation of β-catenin by Axin, GSK3β and APC. We have found that β-catenin interacts with the HIF-1α (hypoxia inducer factor-1α) and HIF-2α, suggesting functional crosstalks between β-catenin and HIF in two important pathways. We here propose to perform structural studies of the protein complexes which underlies the functional mechanisms for these novel complexes. Meanwhile, we will also first screen for samll molecules which can interfere with β-catenin/HIF pathway. The interface between them revealed by the structures and also the hit compounds will be further studied in various cancer cells with focus on their physiological effects and molecular mechanisms. Our study will uncover an attractive drug target with designing templates targeting various β-catenin-mediated cancers.

Wnt信号通路在生长、发育、分化、肿瘤等方面起着非常重要的调控作用，β-catenin是Wnt信号通路正向调节的重要效应分子，与癌症的发生发展密切相关。HIF是一种低氧诱导因子，对确保血氧通畅、提高缺氧环境/状态下的耐受能力至关重要。本课题组前期研究发现，低氧诱导因子HIFα能与β-catenin直接结合，预示着Wnt信号通路和低氧应激信号通路之间存在重要的功能关联。本项目将通过研究β-catenin与HIF-1α和HIF-2α形成复合体的晶体结构，阐明β-catenin差异结合HIF-1α和HIF-2α的结构机制和差异结合引起的功能调控分子机理；并以它们的结合界面为靶点，筛选能调节癌细胞生长的小分子化合物。本项目的研究将为癌细胞生长增殖调节机理的研究开辟新的信号通路，为抗肿瘤治疗提供新的药物靶点。

β-catenin作为影响Wnt信号通路的重要效应分子，与癌症的发生发展密切相关。HIF是一种低氧诱导因子，对细胞提高缺氧环境下的耐受能力至关重要，更被普遍认为与血管生成及癌症发生有关。本课题组发现，HIFα能与β-catenin直接结合，预示着Wnt信号通路和低氧信号通路之间存在重要的功能关联。确定了β-catenin与HIF-α蛋白相互作用的具体区域为N-TAD与β-catenin的138-663区域。这为进一步了解HIF-1α/-2α对Wnt信号通路中β-catenin的调节机理、阐明其信号通路的分子机制提供直接目标，也为抗肿瘤治疗提供新的明确靶点。但受累于共结晶长期无法获得，这可能与结合面间较高的动态性有关，难以成复合物晶体。也无法从结构的角度进一步阐明β-catenin差异结合HIF-1α和HIF-2α的结构机制并以它们的结合界面为靶点设计抑制癌细胞生长的化合物。. 与此同时，同为重要的蛋白-蛋白相互作用类型的组蛋白乙酰转移酶males- on- first (MOF)与核输入蛋白α1 （Importinα1）研究项目被确立。MOF的减少，会带来核形态学缺陷和癌症等严重后果。然而，MOF的核胞质转运的结构或功能机制仍不清楚。我们首先在MOF的N端发现了两个新的核定位信号（NLS），进一步我们发现Importinα1是识别并介导MOF入核的核转运蛋白。共结晶Importinα1/ MOF复合物和生理上进一步揭露两个独立的非两偶的MOF NLS的非经典结合方式在MOF核转运过程的重要性。提供了MOF核质转运的结构机制，这对于理解MOF在各种生物过程中的功能调控具有重要意义。. FXR在维持胆汁酸调节等多种重要作用是通过与RXR形成异二聚体复合物发挥功能的。在此，我们率先得到了FXR和RXR复合物结构并揭示了FXR/RXR异二聚的独特和保守模式。发现与RXR二聚引起FXR辅激活因子结合位点发生变构,增强了FXR的转录活性。此外，序列分析和功能突变表明，主要二聚表面的螺旋H10具有高度保守性。我们的发现不仅弥补了长期以来对FXR/RXR结构机理认识的缺陷，并为开发治疗FXR/RXR相关疾病的药物制剂提供了潜在的框架。. 我们共发表了5篇标注基金资助的研究论文。申请专利3项，其中包括一项授权中国专利与一项授权美国专利。