AD20通过调节EZH2/SIRT7的表观遗传及非表观遗传机制抑制前列腺癌的转移和血管生成

AD20 is a single compound which we have screened from a natural products library. We found it could inhibit tumor growth (at high dose), metastasis and angiogenesis. By using the whole proteomics, network pharmacology and preliminary experiments approaches, we found that AD20 could inhibit the expression and interaction of EZH2 / SIRT7 pathway, and the expression of NRP1. As epigenetic mediator, EZH2-induced H3K27 methylation, thereby silencing some tumor suppressor gene, SIRT7 promote H3K18 deacetylation and induce tumor invasion and metastasis, they also affect tumorigenesis through non epigenetic pathways. The proposed study intends to clarify the role of EZH2 / SIRT7 on AD20 inhibited prostate cancer metastasis and angiogenesis; the interaction between EZH2 and SIRT7, the crosstalk with microRNA induced by the treatment of AD20; study the possible downstream pathways, including GSK3β in mediating EZH2's role, the downstream molecules of EZH2 / β-catenin complex such as NRP1. Expect our work can clarify the epigenetic and non-epigenetic network and potential targets regulated by AD20 and provide clues and ideas for future anticancer drugs study.

AD20是我们从天然产物库中筛选的单体化合物，它抑制肿瘤的生长（高剂量）、转移及血管生成。我们采用全蛋白质组学、网络药理学和初步的实验显示，AD20能抑制EZH2/SIRT7相关通路及其相互作用和NRP1的表达。作为表观遗传学的调节者，EZH2诱导H3K27的甲基化从而沉默一些肿瘤抑制基因，SIRT7促进H3K18的去乙酰化诱导肿瘤侵袭和转移，它们也通过非表观遗传学途径影响肿瘤的发生发展。本项目拟阐明AD20对EZH2/SIRT7的调节与抑制前列腺癌转移和血管生成的关系；研究AD20对EZH2与SIRT7相互作用的影响以及microRNA与它们的串话调节；包括可能的上下游途径，如GSK3β在介导AD20调节EZH2中的作用，EZH2/β-catenin复合体对下游分子如NRP1的调节等，确定AD20调节的肿瘤表观遗传学和非表观遗传学网络和靶点，为未来肿瘤防治药物的研究提供线索和思路。

AD20 是我们从3万余个合成与半合成天然产物数据库中筛选获得的单体化合物，它既抑制肿瘤生长（高剂量）、肿瘤转移又抑制肿瘤血管生成，它是蒺藜科植物中的活性成分。表观遗传学调节是药物作用的重要机制，我们采用蛋白质组学和生物信息学研究发现，AD20抑制前列腺癌细胞的生长和转移可能与其抑制EZH2和SIRT7有关。EZH2是组蛋白甲基转移酶，它除了甲基化组蛋白外，也甲基化其他底物，这些表观与非表观遗传学调节机制在肿瘤发生发展中均扮演重要的角色。 Sirtuins属于第III型组蛋白去乙酰化酶（HDAC），包括SIRT1 -SIRT7几种亚型。它们参与细胞的应激反应或调节基因表达、DNA损伤修复、代谢和存活等。SIRT7调节的表观遗传学及其他机制介入肿瘤的发生发展过程，最近被引起极大的关注。. 在本研究中我们采用EZH2的特异抑制剂EPZ-6438作阳性对照药，进一步证实了AD20在体、内外抑制前列腺癌细胞生长和转移的作用；并证实其作用机制可能与其抑制EZH2表达、降低其下游H3K27me3的水平，并通过抑制p300/CBP减少H3K27ac，抑制SIRT7增加H3K18ac等表观遗传调节途径相关，这可能是AD20区别于EZH2的特异抑制剂，未来可用于实体瘤治疗的主要原因；此外，我们还发现AD20可能通过调节GSK3β增加了EZH2的磷酸化，进而促进磷酸化的EZH2通过泛素蛋白酶体降解, 从而在给药早期即可减少细胞内EZH2的水平；进一步我们发现AD20还能够通过抑制p300/CBP/MLL1-H3K27ac通路协同EZH2抑制剂在肿瘤细胞和移植肿瘤动物模型中发挥了更好的抗肿瘤效果。有意思的是，我们还通过分子对接、表面等离子共振（SPR）或生物膜干涉（BLI）等技术证实AD20可能与NRP1（神经纤毛蛋白1，是VEGFR等的共受体）直接结合（我们前期已经通过蛋白质组学研究发现AD20可以调节NRP1），提示NRP1可能是AD20的初始受体，通过调节其下游信号通路，影响EZH2/SIRT7的表达、功能和相互作用，并进一步影响组蛋白的甲基化和几个位点的乙酰化，增加了抑癌基因的表达，产生抗前列腺癌生长和转移的作用。我们的研究证实了表观遗传学机制在AD20抑制肿瘤生长和转移中的重要角色，丰富了肿瘤发生发展的病理机制，也为新的抗肿瘤药物的研究提供了线索和思路。

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