修饰胞苷5hmdC、5fdC抑制肿瘤细胞增殖的作用机制研究

According to an international study，cytidine deaminase CDA is the key enzyme that leads to cell lethality after exposure to 5hmdC or 5fdC. CDA converts 5hmdC and 5fdC into variants of uridine that are incorporated into DNA, resulting in accumulation of DNA damage, and ultimately, cell death. . However, by screening cancer cell lines for growth defects after exposure to 5hmdC or 5fdC, we unexpectedly found that 5hmdC and 5fdC lead to a subset of cell lines to cell lethality, which lack expression of CDA, suggesting that CDA is not the only metabolic enzyme of 5hmdC and 5fdC. According to thorough literature review, we hypothesize that cytidine kinase DCK and deoxycytidylate deaminase DCTD may play a key role in regulating 5hmdC and 5fdC metabolism and causing cell lethality.. In the proposed project, we attempt to dissect the metabolic mechanisms of 5hmdC and 5fdC in tumor cells，and the mechanism of cell death after exposure to 5hmdC or 5fdC by genetic and biochemical approaches. Then, we will identify the therapeutic potential of 5hmdC and 5fdC alone or in combination with cytarabine through mouse experiments, which will lay a foundation for the development of 5hmdC and 5fdC into new anti-tumor drugs.

国际上研究报道，胞苷脱氨酶CDA是导致修饰胞苷5hmdC、5fdC对肿瘤细胞造成杀伤作用的关键酶。CDA对5hmdC、5fdC脱氨产生5hmdU和5fdU，其转变成5hmdUTP和5fdUTP后掺入基因组DNA，造成DNA损伤和细胞死亡。.而我们通过筛选发现5hmdC、5fdC对Raji、SEM等不表达CDA的细胞依然有杀伤作用，提示CDA不是调控5hmdC、5fdC代谢的唯一途径。据研究报道，我们猜测胞苷激酶DCK和脱氧胞苷酸脱氨酶DCTD可能在调控5hmdC、5fdC代谢并对细胞造成杀伤作用中起关键作用。在此项目中，我们将通过遗传、生化实验进一步探究5hmdC、5fdC在肿瘤细胞中的代谢途径，以及其抑制细胞增殖的作用机制；并通过裸鼠皮下成瘤实验探究5hmdC和5fdC以及与阿糖胞苷联合用药对肿瘤的抑制效果。此工作为将5hmdC、5fdC开发成新的抗肿瘤药物奠定基础和提供思路。

胞苷类抗肿瘤药物如地西他滨、阿糖胞苷等已在临床用于骨髓增生异常综合征、急性髓系白血病等的治疗。然而，肿瘤细胞通过上调胞苷脱氨酶CDA或胞苷酸脱氨酶DCTD的表达，导致胞苷类抗肿瘤药物耐药，此是疾病治疗失败和复发的主要原因，也是目前亟待解决的难题。据报道，修饰核苷5hmdC、5fdC成为了一类潜在的抗肿瘤药物，其能够显著抑制高表达CDA的肿瘤细胞增殖；CDA通过对5hmdC、5fdC脱氨产生5hmdU、5fdU，5hmdU、5fdU转变成5hmdUTP、5fdUTP后掺入基因组DNA，导致DNA损伤和细胞死亡。然而，CDA在肿瘤中表达较低，限制了5hmdC、5fdC在临床上的应用。我们猜测5hmdC、5fdC在不同肿瘤中可能存在其他代谢机制，并对肿瘤细胞造成杀伤作用。 .通过肿瘤细胞系筛选以及全基因组CRISPR敲除筛选，我们鉴定出胞苷激酶DCK-DCTD介导的5hmdC、5fdC新的代谢途径，并能够对肿瘤细胞造成杀伤作用。在此代谢途径中，DCK对5hmdC、5fdC磷酸化产生5hmdCMP、5fdCMP；DCTD对5hmdCMP、5fdCMP脱氨产生5hmdUMP和5fdUMP；随后，5hmdUMP和5fdUMP被脱氧胸苷酸激酶DTYMK和核苷二磷酸激酶NDPK转变为5hmdUTP、5fdUTP；并最终掺入基因组DNA，造成DNA损伤和细胞死亡。裸鼠皮下成瘤实验表明5hmdC能够显著抑制表达DCK和DCTD的肿瘤增殖，且对小鼠体重、骨髓等无明显抑制作用。细胞克隆形成实验表明5hmdC能够显著抑制高表达DCK的白血病患者来源的骨髓细胞的克隆形成，但对正常脐带血来源的造血干细胞克隆形成无明显抑制作用，提示DCK在调控细胞对5hmdC的敏感性中具有关键作用，且对正常组织毒副作用较小。根据GEPIA数据库，DCTD在多种组织中表达；而DCK在正常组织中表达较低，但在多个肿瘤组织中表达上调，此数据提示DCK-DCTD介导的5hmdC代谢途径可能能够扩大5hmdC的潜在应该范围，且提示5hmdC对正常组织的毒副作用较小，此数据与上述检测5hmdC毒副作用结果一致。总之，我们的研究鉴定出了DCK-DCTD介导的5hmdC、5fdC新的代谢途径，扩大了5hmdC潜在的应用范围，为将5hmdC开发为抗肿瘤药物奠定了理论基础。

内容获取失败，请点击重试