研究背景:恶性肿瘤是我国居民死亡的主要原因之一,寻找治疗恶性肿瘤的有效靶点是人们一直在探索的难题。随着基因组学的发展,科学家发现生活在地下的耐受低氧的两种长寿啮齿动物盲鼹鼠和裸鼹鼠是目前已知的不会形成癌症的哺乳动物,这一发现掀起了抗癌物种抑癌机制研究的热潮。综合目前研究,大多数抗癌物种都长期或周期性处于低氧环境中,但目前对于低氧耐受哺乳动物抗癌机制研究比较宽泛,缺乏全面深入的遗传基础和分子水平的研究。基因丢失作为适应环境的遗传分子机制之一,其表型效应最强。本课题组前期发现裸鼹鼠和盲鼹鼠共同丢失基因TRIM17可能是适应低氧的遗传分子机制之一,为了进一步研究TRIM17丢失是否与肿瘤的发生发展有关,我们利用进化分析、功能实验和蛋白质组学等方法,研究了 TRIM17在人非小细胞肺癌细胞中的增殖和迁移的作用,并探索了可能的分子机制。研究意义:我们从抗癌耐低氧动物丢失基因中寻找可能与癌症有关的基因,对于研究癌症发生机制来说是一个全新的思路。从遗传进化的角度寻找抗癌哺乳动物的潜在的肿瘤相关基因,验证比较基因组学和从分子进化的角度筛选目标基因的方法是否具有可行性,为进一步证明基因丢失在低氧适应性进化中的作用提供依据,也为研究非模式动物抗癌表型提供参考。目前没有关于TRIM17与人类常见肿瘤关系以及机制的深入研究,所以探索TRIM17及其缺失与肿瘤的关系是生物学领域一个新的方向。研究方法:为研究低氧哺乳动物适应性进化的遗传机制,我们利用比较基因组学,比对目前已知的耐受低氧环境动物的基因组和常氧环境生存动物的基因组,从中找到发生提前终止的密码子和移码突变的基因。通过TCGA数据库分析这些丢失基因在人类肿瘤中的表达情况,选取在肿瘤中高表达,且显著影响患者生存期的TRIM17基因开展实验研究。利用CRISPR/Cas9方法构建TRIM17敲除质粒,根据影响肿瘤类型及肿瘤患者生存期选取人非小细胞肺癌细胞A549构建TRIM17稳定敲除细胞系,检测敲除细胞在常氧和低氧环境下的增殖、迁移和细胞凋亡变化。另外利用分子克隆构建TRIM17过表达质粒,建立TRIM17稳定过表达细胞系,通过蛋白质组学方法对TRIM17调控蛋白进行定量分析,最后对潜在调控蛋白进行生化验证。研究结果:通过比较基因组学对比常氧环境和低氧环境生活的动物基因组,发现基因TRIM17在裸鼹鼠、盲鼹鼠、鲸鱼等动物中发生丢失,TCGA数据库分析发现TRIM17在人类6种肿瘤中高表达,还显著缩短肺癌病人和胃癌病人生存期;分子生物学实验发现敲除TR/M17在常氧下对非小细胞肺癌细胞A549的增殖抑制作用并不明显,但在低氧条件下会抑制A549增殖和迁移;另外,通过非标记定量蛋白质组学方法,共鉴定到24个受TRIM17调控的潜在下游蛋白,并对这些调控蛋白进行生物学功能分析,发现其中一些蛋白(ASNS、TBL2、p53)涉及应对低氧以及葡萄糖缺乏等过程。研究结论:生物信息学分析发现TRIM17基因在适应低氧而且抗癌动物中发生丢失,实验验证低氧环境下敲除TRIM17会抑制非小细胞肺癌细胞的增殖和迁移。蛋白质组学实验发现TRIM17调控蛋白参与应对低氧等过程,这提示TRIM17可能会影响低氧环境下的信号通路。利用分子生物学方法验证抑癌基因p53受TRIM17正向调控,可能在低氧下TRIM17抑制非小细胞肺癌增殖和迁移并不是通过p53起作用,具体的分子机制还有待进一步探索。