A HDAC1-binding domain within FATS bridges p21 turnover to radiation-induced tumorigenesis

李 政

天津医科大学附属肿瘤医院

FATS ：位于 DNA 损伤高敏位点的抑癌基因

Acknowledgements

Wei-Wen Cai Baylor College of Medicine ， USA 微阵列芯片和基因组学

Allan Balmain Cancer Research Institute ， UCSF Jian-Hua Mao

Thomas Liehr Institute for Human Genetics and Anthropology, Jena, Germany

分子遗传学建立 p53+/- 小鼠肿瘤模型 USA

细胞遗传学荧光原位杂交（ FISH ）

Karen H. Lu University of Texas MD Anderson Cancer Center ， USAQian Zhang

Anja Weise Kristin Mrasek

Kexin Chen Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital, China

肿瘤流行病学乳腺癌风险预测

肿瘤学基础和临床动物实验

Lab staff Tianjin Medical University Jun Zhang Cancer Institute and Hospital, China Xifeng Zhang Li Qiu Xueyu Fan

分子肿瘤学细胞信号传导机制蛋白质相互作用

肿瘤是目前导致人类死亡的主要原因之一，提高肿瘤的早期诊断水平 对改善患者预后，提高患者生存率尤为重要。

发掘新的肿瘤标志物

肿瘤的发生、发展机制研究

肿瘤基因组学研究

癌症风险预测，促进肿瘤的早期发现。

用于肿瘤分子分型，优化放疗、化疗方案。

癌症个体化治疗的基础

Hanahan D and Weinberg RA, Cell (2000)

The Hallmarks of Cancer 肿瘤细胞的共性

Negrini S et al. Nature Rev. Mol. Cell Biol. (2010)

1 1

2

2

3

3

4

4

5

5

癌症的本质是基因组不稳定性 （ genomic instability ）

细胞周期节点 调控异常 DNA 损伤后 DNA 修复机制异常

基因组不稳定性 ,Tumorigenesis

Genomic instability

Genomic instability

* *

Mutations in DNA repair genes

DNA 损伤和DNA 复制异常*

癌症的发生与 DNA 损伤密切相关

Nature Rev. Cancer (2003)

The high frequency of mutations targeting Tp53 cannot be ignored when considering the hallmarks of cancer.

p53 - p21 通路对 DNA 损伤后 G1-S 和 G2-M 节点的维持不可或缺

Requirement for p53 and p21 to sustain G2 arrest after DNA damage

Bunz F et al. Science 1998

p53

p21

Cell cycle arrest

Tumorigenesis

Low / constitutiveStress

Low / constitutive

High / acute

Nature Rev. Mol. Cell Biol. (2007)

The regulation of p21 transcription

Exp. Cell Res. (1999)

p21 derugulation in cancer

Post-transcriptionalControl of p21

1. 蛋白质稳定性调节

Ub-dependent or Ub-independent proteolysis

2. 磷酸化修饰

# cytoplasmic localization # oncogenic property

3. 乙酰化修饰 N-acetyl-p21 ( 内源性 )

HDAC-inhibitor

p21

普通型脆性位点（ Common fragile sites ， CFS ） 88 个，在所有个体中出现，与肿瘤发生相关。

稀有型脆性位点 （ Rare fragile sites) 39 个，仅在少数人中出现，与肿瘤无相关性。

染色体脆性位点正常人基因组中非随机分布、位点特异的区域。正常细胞培养条件下不出现染色体脆性位点。当细胞中 DNA 复制被部分抑制时，在有丝分裂中期染色体中形成缺口或断裂区。

Ann. N. Y. Acad. Sci. （ 2004 ）

大多数 CFS 的分子基础不明。目前， 仅有两个 CFS 基因被确定为抑癌基因、并有功能和机理研究。

在人类大约三万个基因中，肿瘤相关基因只占其中一部分，发掘和阐明具有重要生物学功能的新的肿瘤相关基因对深入理解肿瘤发生机制和改善癌症治疗效果具有重要意义。

小鼠肿瘤模型的建立和染色体 DNA 拷贝数分析

新的抑癌基因 FATS 的发现

微阵列比较基因组杂交 （ array-CGH ）

p53+/- p53+/-

(n=20)(n=29)

Previously uncharacterized ORF

DNA 损伤高敏区域

P< 0.001

FATS (Fragile-site Associated Tumor Suppressor)

人 FATS 基因位于染色体脆性位点 FRA10F （ 10q26.1)

Human 10q26, including FRA10F, is a loss of heterozygosity (LOH) site in

several types of cancers. (Maier et al., Oncogene 1997; Nagase et al., Cancer Res 1997)

神经胶母细胞瘤， 子宫内膜癌

小鼠

大鼠人牛

狗

FATS 蛋白氨基酸序列在进化上保守 FATS 最大的外显子（编码 N- 端）位于基因组中的遗传不稳定区域

hFATS

1 2 3 4 5 6 7 8 9

AT-rich

(CA)60

(GT)86

AT-rich AT-rich

(AT)74 (AT)233

AT-rich

AT-rich

(CA)15-(GT)21(GT)20

AT-rich

(CA)11

(CA)21

(CA)22

(GT)14

(AT)21

AT-rich

(GT)44

(CA)20

(GT)25

AT-rich1 2 3 4 5 6 7 8

N-terminal of FATS

mFATS

Stem-loop structurein AT-rich region

Susceptibility to DNA lesions Induced by replication-blocking and radiation

FATS 基因与 DNA 损伤反应和细胞周期 G2-M 节点调控相关

FATS 蛋白 N- 端区的表达 诱导 p21 蛋白水平增高

Inhibition of p21 turnover by the NH2-terminal region of FATS independently of p53 and ubiquitination

p53-/-

p21

HDAC1

Tubulin

C N C N

FATS - +

p21 is selectively induced by HDAC inhibitors. HDAC1 is a major deacetylase localized in nucleus.

FATS-induced p21 is localized in nucleus.

FATS 与 HDAC1 发生蛋白质相互作用

FATS (67-175) is the binding domain to HDAC1

FATS 增加 p21 蛋白质稳定性的分子机理

FATS 抑制 HDAC1 结合 p21 蛋白 p21 蛋白乙酰化修饰

p21 蛋白乙酰化修饰抑制蛋白酶体对 p21 蛋白的泛素非依赖性降解

FATS HDAC1

p21

p21Ac

p21 abundance

stabilize

p53transactivate

FATS 的转化医学研究

检测 FATS mRNA 表达，用于乳腺癌分子分型和预后 相关性的研究，对于探索和实施乳腺癌个体化治疗有重要意义。

荧光定量 PCR 检测结果

乳腺癌

1. 00E-07

1. 00E-06

1. 00E-05

1. 00E-04

1. 00E-03

FATS 表达沉默 FATS 低表达

正常对照 (n=23)

乳腺癌(n=23)

FA

TS

mR

NA

表达

水平

目前正在分析 156 例乳腺癌样本中 FATS 表达水平，结合病历分析，评估 FATS 用于指导癌症患者放疗和化疗方案的价值。

配对样本

FATS 基因单核甘酸多态与乳腺癌易感性的相关性研究

1 2 3 4 5 6 7 8 9

AT-richAT-rich AT-richAT-rich

正常对照组 肿瘤样本组

预实验结果：

SNP-1 位点与乳腺癌易感性有统计学意义

SNP-1 SNP-2

合作研究： Kexin Chen 天津医科大学附属肿瘤医院流行病学研究室Qingyi Wei 美国 MD Anderson 肿瘤中心流行病学系

Thank you