ISG化修饰通过靶蛋白EMD影响肿瘤发生发展机制研究

ISGylation is an important ubiquitination-like modification, and it is less studied than other post-translational modifications. Some studies have reported that ISGylation can affect tumor formation and progression, however, its molecular mechanism and key target proteins are still unclear. In previous experiments, the applicant has found that ISGylation inhibits malignant phenotypes of tumor cells, and the proteomics analysis has also revealed some proteins are controlled by ISG15, the key protein of ISGylation. The expression of EMD protein is significantly changed after ISG15 overexpression or knockdown. Metabolomics analysis has showed that ISG15 positively regulates some carbohydrate metabolism pathway-related metabolites and affects tumor cell oxygen metabolism by inhibiting EMD. Therefore, it is hypothesized that ISGylation affects the oxygen metabolism possibly through the target protein EMD, thereby changes the glucose metabolism of tumor cells, and finally inhibits cancer. This project will clarify the mechanism how ISGylation inhibits cancer through EMD, and elucidate the ISGylation site and the regulatory role for glucose metabolism of EMD. The clinical significance of ISGylation and EMD will be revealed through testing of clinical specimen. This study will uncover the anti-cancer mechanism of ISGylation and provide evidence for ISGylation and the target protein EMD as potential targets for cancer treatment.

ISG化修饰是一种重要类泛素化修饰，相对其他翻译后修饰，其研究较少。已有部分研究报道了ISG化修饰可影响肿瘤发生发展，但其具体分子机制及关键靶蛋白尚不明确。申请人在前期研究中发现ISG化修饰可抑制部分肿瘤细胞恶性表型，并经蛋白组学分析发现多个蛋白受控于ISG化修饰关键蛋白ISG15。其中EMD蛋白在ISG15过表达及敲减后表达改变明显。代谢组学分析发现ISG15可正调控多个糖代谢途径相关代谢物，并可通过抑制EMD影响肿瘤细胞氧代谢。故猜测：ISG化修饰可通过靶蛋白EMD影响氧代谢，从而改变肿瘤细胞糖代谢，最终起抑癌作用。本项目将明确ISG化修饰通过EMD抑癌，并阐明EMD的ISG化修饰位点及对糖代谢的调控作用，通过临床标本检测明确ISG化修饰及EMD临床意义。本研究将明确ISG化修饰抑癌机制，并为ISG化修饰及靶蛋白EMD作为潜在肿瘤治疗靶点提供依据。

骨架蛋白调控异常引起的核结构异常是肿瘤细胞的常见现象。然而，骨架蛋白如何促进肿瘤的发生仍未被详细阐述。本项目中，我们发现骨架蛋白EMD在肺腺癌中高表达，可发生ISG化修饰，并抑制其泛素化导致的降解；此外，EMD可抑制有氧氧化代谢，且该效果可被其ISG化修饰进一步加强。在肺腺癌患者组织中，EMD ISG化与EMD水平呈正相关，随着肿瘤分期的进展而增加，直径≥3cm的肿瘤组织中EMD水平及其ISG化水平较高。诊断性能分析明确EMD及其ISG化有作为肺腺癌诊断标志物的潜力。而且EMD低表达与肺腺癌患者更好的生存率相关。本研究明确EMD可发生ISG化修饰，抑制其泛素化修饰，促进其稳定性，发挥促癌效能，限制EMD 的促癌作用可能有助于肺腺癌的治疗。该论文以通讯作者发表在J CELL MOL MED（IF=5.295）杂志。此外，项目主持人还证实外泌体中的环状RNA_101093与FABP3相互作用并使其上调，后者转运花生四烯酸并促进其与牛磺酸的反应生成N-花生四烯酰基牛磺酸，N-花生四烯酰基牛磺酸具有抑制花生四烯酸进入细胞质膜的作用，该论文以第一作者发表在Cancer Commun（IF=15.283）杂志，并被选为当月cover story。另一篇研究中，项目主持人发现低水平表达的m6A甲基化阅读蛋白YTHDC2 使SLC7A11 具有高稳定性，通过下游抗氧化系统抑内源性铁死亡，该论文以共同第一作者排名第三发表在Redox Biol（IF=10.787）杂志，为ESI高引论文。项目主持人还发现m6A 甲基化修饰可特定诱导糖酵解关键分子ENO1表达，发挥促非小细胞肺癌作用（JECCR，2021，共同第一列第三，IF=12.658）；随非小细胞肺癌恶化，ADCY10表达升高，一旦受促铁死亡因素刺激后更容易通过PKA信号使YAP 降解，释放大量游离铁，因此高水平ADCY10对应更高铁死亡敏感性（Theranostics，2021，第一，IF=11.600）。依托本项目，项目主持人还申请专利9项，其中1项已经获批，进一步获得获国家自然科学基金面上项目、上海市启明星项目支持。获得山东省科技进步二等奖，获聘副研究员以及上海交通大学医学院硕士生导师，并协助培养研究生2名。

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