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肺癌组织蛋白乳酸化修饰变化及筛选

申报人:白晓睿 申报日期:2024-11-05

基本情况

2025年度大学生创新创业训练计划
肺癌组织蛋白乳酸化修饰变化及筛选 学生选题
创新训练项目
理学
生物科学类
教师科研项目选题
一年半期
本项目旨在探讨肿瘤干细胞在肺癌中的作用,特别是乳酸在维持肺癌干细胞干性和调控细胞自噬中的功能。利用遗传编码荧光探针技术,实时、原位监测细胞内乳酸和自噬动态变化;利用Western blot、qPCR等技术检测STX17的乳酸化水平及研究高乳酸水平如何通过乳酸化调控自噬核心蛋白STX17,进而影响细胞自噬的发生;通过基因敲除、过表达及药物干预等实验手段,验证乳酸化对STX17和细胞自噬的具体影响。
   

       程侠卫老师长期从事蛋白质翻译后修饰相关的研究,主要探讨蛋白质翻译后修饰对蛋白质结构和功能的影响。以第一作者和通讯作者在Molecular CellScience AdvancesAutophagyTheranostics等杂志发表论文10篇,为本研究的理论和技术提供了支持保障。

市级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
白晓睿 药学院 制药工程 2023 细胞培养
朱呈骁 生物工程学院 生物工程 2023 蛋白质纯化
吴翰明 药学院 制药工程 2023 蛋白质免疫印迹
谢逸萱 生物工程学院 生物工程 2023 生物信息学分析

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院 是否企业导师 教师类型
程侠卫 08814 药学院

立项依据

本项目旨在探讨肿瘤干细胞在肺癌中的作用,特别是乳酸在维持肺癌干细胞干性和调控细胞自噬中的功能。利用遗传编码荧光探针技术,实时、原位监测细胞内乳酸和自噬动态变化利用Western blotqPCR等技术检测STX17的乳酸化水平及研究高乳酸水平如何通过乳酸化调控自噬核心蛋白STX17,进而影响细胞自噬的发生通过基因敲除、过表达及药物干预等实验手段,验证乳酸化对STX17和细胞自噬的具体影响

1.乳酸在肿瘤微环境中的作用:研究乳酸如何在肺癌的肿瘤微环境中积累,并探讨其对肺癌干细胞特性的影响,特别是如何维持干性和促进肿瘤细胞的生存。 

2.自噬核心蛋白STX17的乳酸化:重点分析STX17这一自噬核心蛋白的乳酸化修饰,研究其在细胞自噬过程中的功能及其对肺癌干细胞的影响。 

3.动态监测技术的应用:应用遗传编码荧光探针技术,实时监测肺癌干细胞内乳酸浓度和自噬水平的变化,以获得细胞内代谢和自噬的时空信息。 

4.实验验证与机制研究:通过基因敲除、过表达、药物干预等实验手段,验证STX17的乳酸化对肺癌干细胞干性维持的具体影响,明确其作用机制。 

5.肿瘤干细胞生物学特性的深入理解:研究乳酸如何通过调控自噬和代谢重编程影响肺癌干细胞的增殖、迁移和侵袭能力,以揭示肿瘤微环境对肺癌干细胞的影响机制。 

国内研究现状:

1.代谢重编程: 国内研究者关注肺癌细胞在乳酸化环境下的代谢重编程,研究乳酸如何调控肺癌细胞的代谢通路,以适应低氧和酸化的微环境,从而促进肿瘤的生存和发展。

2.信号途径研究: 探索乳酸化环境通过哪些信号途径促进肺癌细胞生长和转移,如通过HIF-1α(低氧诱导因子)和NF-κB等关键蛋白的激活。

3.药物靶点开发: 开展基于乳酸化状态的新的治疗靶点发现,以及相应药物的研发,如利用乳酸产生途径中的关键酶作为药物靶点。

国际研究现状:

1.机制深入研究: 国外研究通常在机制层面做得更深入,例如探索乳酸如何影响肺癌细胞的表观遗传特征,或如何通过修改肿瘤微环境中的免疫细胞功能来促进肺癌细胞逃避免疫监视。

2.高级仿生模型: 使用更复杂的肿瘤模型,如三维肿瘤球体和器官芯片技术,以更准确地模拟肺癌在乳酸化微环境中的行为。

3.临床试验: 国外的研究更多地将实验室研究快速转化为临床试验,以评估针对乳酸化路径的靶向药物在患者中的有效性和安全性。

发展动态:

1.更加个性化的治疗策略:精确分析患者肿瘤的代谢特征,为每位患者定制最适合的治疗方案。

2.组合疗法:将针对乳酸化的治疗与其他疗法(如免疫疗法、化疗等)结合,以期达到更好的治疗效果。

3.新技术应用:利用CRISPR等基因编辑技术研究乳酸化在肺癌中的具体作用,为发现新的药物靶点提供帮助。

 

本项目首次将遗传编码荧光探针用于实时监测肺癌干细胞内乳酸的动态变化,从而来进一步探讨乳酸化调控细胞自噬的分子机制目前已经设计并成功制备了乳酸遗传编码的荧光探针。该探针是由基因编码,可以携带不同荧光基团和蛋白质信号肽的蛋白。这种技术的创新性在于能够在活细胞和活体动物中实时、原位高分辨检测乳酸水平的变化,克服了传统检测方法(如高效液相色谱、质谱、磁共振和毛细电泳等)对细胞完整性和生物体状态的破坏,同时也减少了传统抽提过程中引入的人为干扰

本项目系统性研究了高乳酸微环境对肺癌干细胞代谢适应性及其干性维持的影响,填补了当前研究中对肿瘤干细胞代谢特征的理解空白,推动了肿瘤生物学领域的研究进展。

项目提出了以肿瘤高乳酸微环境为靶点的治疗策略,探索其在肺癌干细胞分化和临床治疗中的潜在应用。这种靶向治疗的创新思路有望提高肺癌治疗的有效性,降低复发和转移的风险。

技术路线:

项目预期成果:
1.学术论文:

    基于组蛋白和非组蛋白乳酸化修饰对机体生理和病理的作用,通过对实验现象的观察和实验结果的分析明确肿瘤蛋白乳酸化对细胞自噬的调控机理,利用乳酸遗传编码荧光探针探讨乳酸化调控细胞自噬的分子机制,选取研究重点完成并发表至少一篇学术论文,为未来进一步揭示乳酸化对肿瘤细胞干性维持作用提供指导与基础,为疾病治疗提供依据。

2.申请专利:

    项目意在提出以肿瘤高乳酸微环境为靶点的治疗策略,探索其在肺癌干细胞分化和临床治疗中的潜在应用。团队将根据项目发现设计一种可行的基于乳酸调控的肺癌治疗药物,并申请专利。

时间安排

研究计划

2024年第三、四季度

1. 查阅文献,认识STX17乳酸化在生物学过程中的作用,梳理STX17乳酸化在维持肺癌干细胞干性方面研究的国际前沿进展。

2. 了解并学习相关基础细胞分子生物学、生物化学的知识。熟悉实验室仪器使用方法,掌握基础的生命科学实验技能。

2025年第一、二季度

1. 从肿瘤细胞代谢编程角度入手,以细胞自噬为研究靶点,针对肿瘤细胞代谢产物乳酸介导细胞自噬核心蛋白STX17乳酸化对肿瘤干细胞的影响进行研究,依据研究结果探究过程中的相关分子机制。

2. 针对具体的实验结果适时调整整体规划。

2025年第三、四季度

1. 利用研究成果寻找制成实用性产品的可能性。

2. 完成相关专利申请。 

2026年第一、二季度

完成相应论文撰写、答辩。

前期机制研究发现肺癌干细胞自噬核心蛋白STX17 赖氨酸95位存在高水平乳酸化修饰,进而增强肿瘤细胞与自噬蛋白Pacer的相互作用,促进细胞自噬水平,细胞自噬提高有助于肺癌干细胞干性的维持,进而提高肺癌干细胞在贫氧和营养贫乏条件下的低分化状态。


华东理工大学药学院光遗传学和合成生物学交叉研究中心设计并成功制备了乳酸遗传编码荧光探针。

一.已具备的条件

基础研究数据:

项目已经积累了一定的基础数据,包括乳酸在肺癌微环境中的浓度变化、肺癌干细胞的特性等。

1.实验室设备和技术:具备必要的实验室设备,如细胞培养设施、分子生物学实验设备(例如PCRWestern blot、质谱等),以及用于监测自噬和乳酸水平的荧光探针技术。

2.研究团队:拥有一支多学科的研究团队,包括细胞生物学、分子生物学和肿瘤学等领域的专家,能够协同开展研究。

3.初步的理论框架:已建立关于乳酸、STX17和肺癌干细胞之间关系的初步理论框架,为后续研究提供了方向。

二.尚缺少的条件

1.更系统的实验验证:可能缺乏对STX17乳酸化及其对肺癌干细胞干性影响的系统性实验验证,尤其是在体内模型中的验证。

2.资金支持:可能需要更多的资金支持来进行大规模实验、数据分析和人员招聘。

3.临床样本:缺乏足够的临床样本来验证实验室发现的生物学机制在实际患者中的适用性。

4.跨学科合作:可能需要与其他学科(如临床医学、药物开发等)的专家进行更深入的合作,以推动研究成果的转化。

三.解决方法

1.扩展实验设计:设计更全面的实验,包括体内实验和临床样本分析,以验证STX17乳酸化对肺癌干细胞的影响。

2.申请研究资金:通过申请科研基金、与企业合作或寻求投资者支持,获取必要的资金来支持项目的开展。

3.建立临床合作:与医院或临床研究机构建立合作关系,获取临床样本,并进行相关的临床研究。

4.加强跨学科合作:积极寻求与其他领域专家的合作,推动研究的多样性和深度,促进研究成果的实际应用。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 11000.00 3150.00 7850.00
1. 业务费 6000.00 (1)计算、分析、测试费(2)能源动力费(3)会议、差旅费(4)文献检索费(5)论文出版费 650.00 5350.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 1000.00 往返两校区费用 400.00 600.00
(4)文献检索费 500.00 发表相关论文的版面费和专利申请费用 250.00 250.00
(5)论文出版费 4500.00 发表相关论文的版面费和专利申请费用 0.00 4500.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 4000.00 平台仪器的使用费用 1500.00 2500.00
4. 材料费 1000.00 包括细胞实验、分子实验的耗材 1000.00 0.00

项目附件

  • 大学生创新创业训练计划项目申报书-创新训练类doc.doc
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结束