肺癌细胞中PRR11通过ARP2/3复合物调控胞浆-核骨架组装的分子机制研究

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细胞骨架(Cytoskeleton)是细胞内蛋白纤维网络结构,在维持细胞基本形态及内部结构稳定中具有关键作用,同时与胞内多种重要生命活动密切相关。肌动蛋白微丝骨架(F-actin)是三类细胞骨架系统之一,其聚合、解聚及排列呈现高度动态变化。胞浆微丝骨架系统通过LINC复合物与核骨架(核纤层)紧密偶联,调控细胞核结构稳定、染色质结构重塑及基因表达等过程,在细胞正常生理或病理过程中扮演重要角色。已有研究表明,微丝骨架系统聚合、解聚或排列紊乱在恶性肿瘤发生发展过程中具有关键作用,但牵涉的具体调控机制仍有待研究。PRR11是课题组前期研究鉴定的一个新的肿瘤相关蛋白,与肺癌发生发展密切相关,但具体作用机制不明。本研究综合利用分子生物学、细胞生物学与生物化学等多种研究手段,发现非小细胞肺癌细胞中胞浆蛋白PRR11通过募集ARP2/3复合物调节微丝骨架聚合与排列,从而调控核纤层稳定、染色质结构重塑及基因表达。机制研究证明,非小细胞肺癌细胞中PRR11募集分支状微丝骨架聚合因子ARP2/3复合物,体内外条件下PRR11重组蛋白可刺激ARP2/3复合物驱动分支状微丝骨架聚合。非小细胞肺癌细胞中沉默PRR11表达显著抑制微丝骨架聚合,过表达PRR11则诱导微丝骨架过度聚合并扰乱其排列。利用基因沉默技术或特异抑制剂处理癌细胞,结果显示抑制ARP2/3复合物活性可解除PRR11过表达诱发的微丝骨架聚合及排列紊乱。同时,通过截短突变技术证明PRR11调节微丝骨架聚合及排列依赖不同区域,如PRR11的N端(1-100 aa)及C端(201-360 aa)区域与微丝骨架聚合密切相关,而中部区域(101-200)不涉及微丝骨架聚合;脯氨酸富集区域2(PR2)与微丝骨架排列密切相关。过表达缺失突变体Δ100-184和Δ100-200可诱导一种与病原微生物及胞内囊泡运输密切相关的特殊微丝骨架聚合形式,即肌动蛋白彗星尾巴(Actin comet tail)。进一步研究发现,过表达PRR11诱导非小细胞肺癌细胞核纤层组装紊乱及染色质结构重塑,而沉默PRR11表达显著改善癌细胞核纤层稳定。抑制ARP2/3复合物活性明显下调PRR11过表达诱导的核纤层紊乱及染色质结构重塑,表明非小细胞肺癌细胞中PRR11通过胞浆-核骨架系统调控核纤层稳定及染色质结构重塑。最终,我们基于在线数据分析临床组织样本中PRR11与Arp2、Arp3在肺癌及癌旁组织中表达情况,结果显示癌组织中PRR11与Arp2、Arp3表达水平明显正相关,且三者表达水平与不良预后显著负相关。综上所述,我们的研究证明非小细胞肺癌细胞中胞浆蛋白PRR11募集ARP2/3复合物调节微丝骨架聚合及排列,调控核纤层组装及染色质结构重塑,癌细胞中PRR11高表达可能诱发核纤层不稳定,扰乱染色质结构重塑及基因表达从而促进肺癌发生发展。
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