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有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族是重要的信号传导激酶,涉及许多对细胞的调节效应,比如基因表达,细胞增殖,细胞运动,细胞生存和死亡。MAPK通路的异常在癌症中普遍存在,在肿瘤发生和进展中发挥着重要作用。被广泛研究的经典MAPK的亚家族有三个,包括ERK1/2,JNK和p38。ERK5也称为BMK1通路,是第四条新近研究的MAPK通路,在广泛的有丝分裂原和压力刺激下活化,参与对细胞存活、增殖和分化等的调节。近年来通过对人类肿瘤的分析建立起了 ERK5的异常表达和一些类型肿瘤之间的联系,然而人们对ERK5参与调节一些与癌症相关的存活、增殖和转移过程的具体机制和确切靶点还知之甚少。我们从肺癌肿瘤发展,放疗抗性以及细胞迁移和肿瘤转移等方面探讨了 ERK5在癌症中的潜在重要作用。首先,我们发现在实体肺癌肿瘤中ERK5蛋白水平和磷酸化水平均显著上调,这提示着缺血缺氧的肿瘤微环境压力激活了 ERK5通路,异常活化的ERK5通路很可能与肺癌肿瘤的发展相关。于是我们在A549肺癌细胞中构建了稳定过表达ERK5的细胞株,发现其体外增殖的速度明显加快。ERK5过表达能促进A549细胞G2/M期的转换,并且上调cyclinBl的表达。体外和体内的实验进一步证实,ERK5通路的活化可以增加A549细胞的转化能力和实体肿瘤的生长速度。这些结果表明ERK5对肺癌肿瘤恶性化有着显著贡献。进一步,我们探讨了受广泛压力刺激而活化ERK5通路是否与肿瘤治疗中放射线抗性产生相关。我们发现电离辐射(IR)压力可以显著上调ERK5的活性,活化的ERK5可以对DNA损伤检验点通路产生影响,如降低CHK1的早期磷酸化,抑制核心调控蛋白P53的蛋白水平和增强下游效应蛋白cyclin B1的表达。ERK5过表达能促进A549细胞的DNA损伤修复,降低IR诱导的细胞周期阻滞程度,并抑制了细胞凋亡。电离辐射压力激活的ERK5通路促进肿瘤细胞的存活,也增加了肺癌肿瘤对放射线治疗的抗性。基于这些发现,我们将靶向干扰ERK5和放疗联合治疗的策略应用到肺癌模型动物治疗。Lewis肺癌小鼠模型实验表明,干扰ERK5与低剂量或高剂量IR治疗联用均显著增强了抗肿瘤治疗的效果,降低ERK5的表达可以增加肺癌肿瘤对放射线治疗的敏感性。这些数据确定了ERK5通路在肺癌细胞放疗抗性产生中的重要作用,提供了以ERK5为靶点,通过有效的辅助治疗方法,提高肺癌肿瘤对低剂量化疗敏感性的可能性。我们还发现稳定过表达ERK5的A549细胞的形态异常。对F-actin进行染色后发现,ERK5过表达促进肌动蛋白细胞骨架的解聚、环核分布的压力纤维减少、板状伪足样的结构增多,血清刺激后细胞骨架重排的速度也加快。体外伤口愈合和transwell实验的结果显示,ERK5过表达的A549细胞迁移速度明显增加。此外,在迁移能力具有差异的细胞系亚型小鼠黑色素瘤细胞B16F1/B16F10和人巨肺癌细胞95C/95D中,ERK5的活性也与肿瘤细胞的迁移能力相关。小鼠黑色素瘤足部主动转移模型的实验结果显示:抑制ERK5活性可以抑制原位肿瘤的生长和肿瘤细胞向肺部和腘窝淋巴结的转移。这些结果表明ERK5在细胞迁移和肿瘤转移中发挥了重要作用。ERK5对细胞迁移的调控作用很可能是多方面的,我们从ERK5对FAK的调控作用的角度,初步探讨了 ERK5促进细胞迁移的作用机制。黏着斑激酶(FAK)是一种非受体酪氨酸激酶,位于黏着斑区域,在整合素以及生长因子受体介导的细胞粘附信号传导过程中发挥着重要作用。FAK的高水平表达或FAK通路的失控与肿瘤的浸润和转移密切相关。我们发现:活化的ERK5通路对FAK蛋白水平和磷酸化状态产生了影响。ERK5可以通过增加USF1转录因子的蛋白稳定性和活性,作于用FAK启动子,促进FAK基因的表达。同时,活化的ERK5可以上调FAK(S910)位点的磷酸化,而此时FAK(Y397)的磷酸化水平受到了抑制。S910和Y397两个FAK重要磷酸化位点的交替磷酸化与黏着斑的解聚和更新周转相关。ERK5有可能参与了对FAK的表达和活性的时序调控,从而对黏着斑动力学产生影响。