灣區(qū)科研 11月13日，中山大學(xué)腫瘤防治中心林東昕、鄭健研究組在Nature Genetics發(fā)表了題為“Super-enhancer RNA m6A promotes local chromatin accessibility and oncogene transcription in pancreatic ductal adenocarcinoma”的研究成果(點(diǎn)擊文末閱讀原文查看)。此項(xiàng)研究首次揭示了胰腺癌中seRNA甲基化修飾對(duì)組蛋白修飾和癌基因表達(dá)的調(diào)控，擴(kuò)展了人們對(duì)超級(jí)增強(qiáng)子及其轉(zhuǎn)錄本功能新的認(rèn)知。此種表觀轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組的相互作用必定與其它類型癌癥也有關(guān)系，因此可能開辟一個(gè)癌癥中基因表達(dá)調(diào)控新的研究方向。

N6-甲基腺嘌呤 (m6A) 是哺乳動(dòng)物RNA最常見的修飾，對(duì)多種生理和病理過程中基因表達(dá)有廣泛的影響。中山大學(xué)腫瘤防治中心林東昕、鄭健研究組前期研究發(fā)現(xiàn)，N6-腺嘌呤甲基化的mRNA可解除DNA上的甲基化促進(jìn)染色質(zhì)開放，這個(gè)表遺傳機(jī)制在激活食管癌的癌基因表達(dá)中起重要作用(Nature Genetics, 2022)。轉(zhuǎn)錄組中的另一類RNA即染色質(zhì)相關(guān)RNA也可以被甲基化，但其生物學(xué)作用所知甚少。超級(jí)增強(qiáng)子產(chǎn)生的RNA (seRNA)是重要的染色質(zhì)相關(guān)RNA，以前被認(rèn)為是無功能的轉(zhuǎn)錄噪聲。但隨著對(duì)其深入研究，現(xiàn)已知道超級(jí)增強(qiáng)子可通過其seRNA對(duì)基因表達(dá)起調(diào)控作用。既然seRNA對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控作用，那么其m6A修飾到底會(huì)有什么樣的作用?這個(gè)問題懸而未決。最近有研究報(bào)道，在小鼠胚胎干細(xì)胞中，seRNA-m6A可改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)和基因表達(dá)。但seRNA-m6A在人類細(xì)胞中是否有類似的作用?在疾病狀態(tài)如癌細(xì)胞中它的作用又如何?

超級(jí)增強(qiáng)子表達(dá)seRNA具有顯著的組織和細(xì)胞特異性。該研究以胰腺癌為對(duì)象，發(fā)現(xiàn)胰腺癌細(xì)胞的seRNA-m6A含量顯著高于正常細(xì)胞，其原因是由于胰腺癌細(xì)胞高表達(dá)m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3的協(xié)同因子CFL1。高表達(dá)的CFL1使seRNA一轉(zhuǎn)錄出來就被m6A修飾。m6A-seRNA隨后被YTHDC2識(shí)別，后者招募組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL1，使鄰近染色質(zhì)區(qū)域的組蛋白H3K4三甲基化增加，導(dǎo)致局部染色質(zhì)開放使癌基因表達(dá)上調(diào)。

該研究先通過收集公共數(shù)據(jù)庫中正常胰腺細(xì)胞、胰腺組織和胰腺癌的H3K27ac染色質(zhì)免疫共沉淀測序數(shù)據(jù)，鑒定了在胰腺中激活的超級(jí)增強(qiáng)子位置，然后通過整合98例胰腺癌與癌旁正常組織樣本的m6A測序數(shù)據(jù)，描繪了胰腺癌中seRNA-m6A圖譜，發(fā)現(xiàn)在胰腺癌組織中seRNA-m6A含量顯著高于正常組織，這歸因于在胰腺癌中高表達(dá)的RNA結(jié)合蛋白CFL1。研究者運(yùn)用體外培養(yǎng)的細(xì)胞，進(jìn)行了生化、分子生物學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)，證實(shí)CFL1是RNA甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3的協(xié)同分子，它招募METTL3到與其結(jié)合的seRNA進(jìn)行m6A甲基化。顯著增加的seRNA-m6A被m6A閱讀蛋白YTHDC2識(shí)別，后者同時(shí)招募組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL1，使其鄰近區(qū)域的染色質(zhì)組蛋白H3K4三甲基化增加，導(dǎo)致染色質(zhì)開放。

CFL1-YTHDC2-MLL1調(diào)控軸促進(jìn)胰腺癌染色質(zhì)開放和癌基因轉(zhuǎn)錄的模式圖

該研究運(yùn)用了先進(jìn)的ATAC-seq、RNA-seq和m6A-seq等多組學(xué)和多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析策略，除了揭示CFL1-YTHDC2-MLL1表觀調(diào)控軸可促進(jìn)染色質(zhì)開放和相應(yīng)癌基因表達(dá)外，還積累了大量可靠數(shù)據(jù)，為全面的泛癌研究打下了重要基礎(chǔ)。因?yàn)槌?jí)增強(qiáng)子表達(dá)具有顯著的細(xì)胞和組織特異性，泛癌研究對(duì)于進(jìn)一步闡明這種表觀轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組串?dāng)_在腫瘤形成和進(jìn)展中的生物學(xué)作用具有重要意義。Nature Genetics同期還發(fā)表了該工作的研究簡報(bào)(Research Briefing)。

中山大學(xué)腫瘤防治中心博士研究生李芮、博士研究生趙鴻哲和副研究員黃旭東為文章的共同第一作者;鄭健研究員和林東昕院士為該研究論文的共同通訊作者。

中山大學(xué)腫瘤防治中心林東昕、鄭健研究組自2015年成立以來，長期專注于腫瘤基因組學(xué)和腫瘤表觀遺傳學(xué)等方面的研究。團(tuán)隊(duì)長期招聘博士后、特聘副研究員和研究員，熱誠歡迎有腫瘤學(xué)、生物信息學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等背景的人才加入。

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通訊員/陳鋆

責(zé)任編輯/劉秀