天津医科大学附属肿瘤医院：采用系统生物学方法分析乳腺癌转移中Runx2对细胞外基质重塑的调节机制

采用系统生物学方法分析乳腺癌转移中Runx2 对细胞外基质重塑的调节机制 李晓青杜欣杨帆冯玉梅 天津医科大学附属肿瘤医院生化及分子生物学室

采用系统生物学方法分析乳腺癌转移中Runx2 对细胞外基质重塑的调节机制 李晓青 杜欣 杨帆 冯玉梅 天津医科大学附属肿瘤医院生化及分子生物学室

研究背景 今细胞外基质( extracellular matrix,ECM) 癌细胞迁移的屏障 癌细胞迁移的必要介质 令ECM重塑是肿瘤转移的关键步骤 肿瘤细胞接受细胞外信号 自身分泌或刺激间质细胞分泌基质蛋白酶降解EcM成分 EcM成分的重新合成和构建 ☆乳腺癌转移过程中ECM重塑调控机制研究 预测乳腺癌转移的分子标志 阻断乳腺癌转移的关键靶点 系统生物学 高通量 基因调控网络构建

研究背景 ❖ 细胞外基质（extracellular matrix，ECM） ▪ 癌细胞迁移的屏障 ▪ 癌细胞迁移的必要介质 ❖ ECM重塑是肿瘤转移的关键步骤 ▪ 肿瘤细胞接受细胞外信号 ▪ 自身分泌或刺激间质细胞分泌基质蛋白酶降解ECM成分 ▪ ECM成分的重新合成和构建 ❖ 乳腺癌转移过程中ECM重塑调控机制研究 ▪ 预测乳腺癌转移的分子标志 ▪ 阻断乳腺癌转移的关键靶点 ❖ 系统生物学 ▪ 高通量 ▪ 基因调控网络构建

前期研究结果 EcM重塑相关基因与成骨特异性转录因子( runt-related transcription factor2,Runx2)呈相关性表达 今Runx2 基因定位:6p21 蛋白功能 转录因子,特异性结合序列 ACCACAXA(x为任意碱基) 参与骨基质蛋白的合成与装配 调节肿瘤细胞的增殖、侵袭和运动能力 上游调控信号:WNT、MAPK、P3K和 BMP/SAMDS等 下游转录调控基因:p21, RANKL,MMP2,MMP9,MMP13, VEGF,OP和BSP等

前期研究结果 ❖ ECM重塑相关基因与成骨特异性转录因子（runt-related transcription factor 2, Runx2）呈相关性表达 ❖ Runx2 ▪ 基因定位：6p21 ▪ 蛋白功能 • 转录因子，特异性结合序列ACCACAxA（x为任意碱基） • 参与骨基质蛋白的合成与装配 • 调节肿瘤细胞的增殖、侵袭和运动能力 ▪ 上游调控信号：WNT、MAPK、PI3K和BMP/SAMDs等 ▪ 下游转录调控基因：p21，RANKL，MMP2，MMP9，MMP13， VEGF，OP和BSP等

研究目的 ☆构建Runx2对EcM重塑生物学调控网络 ☆分析乳腺癌转移过程中Runx2对ECM重塑的调节机制

研究目的 ❖ 构建Runx2对ECM重塑生物学调控网络 ❖ 分析乳腺癌转移过程中Runx2对ECM重塑的调节机制

研究方法 49例乳腺原发癌和15例淋巴 结转移癌的基因表达谱数据 数据来源 0.5 与Runx2表达相关的基因 细胞定位 基因功能 ECM组分匚三cM降解酶『细胞外信号分子「膜受体信号分子候选基因筛选 Runx2调节EcM重塑候选基因 启动子区有无Runx2结合位点 无 Runx2上游调控候选信号分子 Runx2下游转录调控候选基因 调控方向确定 阻断上游信号通路 ChIP Runx2与EcM组分启动子结合「文献证实的调控关系「Runx2表达量变化]实验及文献验证 Runx2对EcM重塑生物学调控网络 调控网络构建

研究方法 调控方向确定 数据来源 候选基因筛选 实验及文献验证 调控网络构建 ChIP 启动子区有无Runx2结合位点 49例乳腺原发癌和15例淋巴 结转移癌的基因表达谱数据 与Runx2表达相关的基因 细胞定位 基因功能 ECM组分 ECM降解酶 细胞外信号分子 膜受体信号分子 Runx2调节ECM重塑候选基因 Runx2上游调控候选信号分子 Runx2表达量变化 阻断上游信号通路 Runx2与ECM组分启动子结合 文献证实的调控关系 Runx2对ECM重塑生物学调控网络 Runx2下游转录调控候选基因 r>0.5 无 有

研究结果 Runx2调节ECM重塑候选基因(52个) EcM成分11个 EcM降解酶及抑制剂8个 细胞信号分子33个 今Runx2上游调控候选信号分子(19个)—启动子区无Runx2结合位点 4个基因参与WNT信号通路 3个基因参与TGF/BMPs信号通路 4个生长因子信号分子 8个G蛋白信号分子 ☆Runx2下游转录调控候选基因(33个)—启动子区存在Runx2结合位点 11个EcM组分 8个ECM降解酶及抑制剂 14个信号分子

研究结果 ❖ Runx2调节ECM重塑候选基因（52个） ▪ ECM成分11个 ▪ ECM降解酶及抑制剂8个 ▪ 细胞信号分子33个 ❖ Runx2上游调控候选信号分子（19个）——启动子区无Runx2结合位点 ▪ 4个基因参与WNT信号通路 ▪ 3个基因参与TGF/BMPs信号通路 ▪ 4个生长因子信号分子 ▪ 8个G蛋白信号分子 ❖ Runx2下游转录调控候选基因（33个）——启动子区存在Runx2结合位点 ▪ 11个ECM组分 ▪ 8个ECM降解酶及抑制剂 ▪ 14个信号分子

Runx2上下游调控候选基因验证 PubMed数据库证实的调节关系 上游调控信号分子:SFRP2、T|P-1、DKK3、FST、FSTL1、 CKTSF1B1 下游转录调控EcM重塑相关基因:cOL10A1、ECM2、OSF2、 coL1A1、MMP13 ◆本课题组实验证实的调节关系 SB-431542阻断 TGF/BMPs信号通路后,Runx2表达量下调 ChP实验证实cOL11A1启动子区存在Runx2蛋白的结合模序 10 0.0 sB431542

Runx2上下游调控候选基因验证 ❖ PubMed数据库证实的调节关系 ▪ 上游调控信号分子：SFRP2、TIP-1、DKK3、FST、FSTL1、 CKTSF1B1 ▪ 下游转录调控ECM重塑相关基因：COL10A1、ECM2、OSF-2、 COL1A1、MMP13 ❖ 本课题组实验证实的调节关系 ▪ SB-431542阻断TGF/BMPs信号通路后，Runx2表达量下调 ▪ ChIP实验证实COL11A1启动子区存在Runx2蛋白的结合模序

Runx2调控的ECM重塑生物学调控网络 wNT信号通路)tGF/BMPs信号通路 生长因子受体 G蛋白信号分子)细胞膜 Runx2 信号分子 倍号分 =细胞膜 信号分子 细胞外基质(ECM) ECM降解酶及抑制剂

Runx2调控的ECM重塑生物学调控网络 信号分子 WNT信号通路 TGF/BMPs信号通路 生长因子受体 G蛋白信号分子 Runx2 细胞外基质（ECM） ECM降解酶及抑制剂 信号分子 信号分子 细胞膜 细胞膜

讨论 Runx2上游调控信号通路 Wnt信号通路 ·Wnt蛋白与Fzd受体及LRP56辅助受体结合,使细胞内DSH磷酸化 激活,抑制 CTNNB1降解复合体解聚, CTNNB1降解受阻,在胞浆 内累积,并进入细胞核与T细胞因子 TCF/LEF结合,促进Runx2基因 的转录 ·WNT2、SFRP2、TIP1、DKK3是Wnt信号通路的调节因子 TGFB/BMPs信号通路 BMPs/ TGFB-Smads复合物可以通过识别Runx2蛋白羧基端 sMID/NMTS结构域,启动Runx2的转录活性 FsT、FSTL1、 CKTSF1B1调节 TGFB/BMPS信号通路 ☆Runx2下游转录调控的EcM重塑相关基因 EcM重塑相关基因:coLs、OSF-2、EcM2、MMP13、TMP2 MMP9和MMP13等

讨论 ❖ Runx2上游调控信号通路 ▪ Wnt信号通路  Wnt蛋白与Fzd受体及LRP 5/6辅助受体结合，使细胞内DSH磷酸化 激活，抑制CTNNB1降解复合体解聚，CTNNB1降解受阻，在胞浆 内累积，并进入细胞核与T细胞因子TCF/LEF结合，促进Runx2基因 的转录  WNT2、SFRP2、TIP-1、DKK3是Wnt信号通路的调节因子 ▪ TGFB/BMPs信号通路  BMPs/TGF-Smads复合物可以通过识别Runx2蛋白羧基端 SMID/NMTS结构域，启动Runx2的转录活性  FST、FSTL1、CKTSF1B1调节TGFB/BMPs信号通路 ❖ Runx2下游转录调控的ECM重塑相关基因 ▪ ECM重塑相关基因：COLs、OSF-2、ECM2、MMP13、TIMP2、 MMP9和MMP13等

结论 ◆WNT和 TGF/BMPS是启动Runx2表达的主要信号通路 ◇Runx2通过转录调节EcM组分、ECM降解酶及其抑制剂和信 号分子调节EcM重塑,促进癌细胞完成转移的生物学过程

结论 ❖ WNT和TGF/BMPs是启动Runx2表达的主要信号通路 ❖ Runx2通过转录调节ECM组分、ECM降解酶及其抑制剂和信 号分子调节ECM重塑，促进癌细胞完成转移的生物学过程