《Nature Medicine》揭示骨肉瘤肺转移机制

学术指导：黎志宏教授

1月15日，一篇发表在Nature Medicine上的文章揭示：骨肉瘤细胞通过正向选择激活基因组中的某些增强子来获得转移能力。

研究背景

骨肉瘤好发于儿童和青少年，通常这些年轻的患者最终死于癌转移，所有转移病例中有四分之三转移到肺部。在这篇发表的文章中，作者比对配对的原发骨肉瘤与其肺部转移癌细胞增强子的表观遗传学状态，发现某些增强子在癌细胞转移发生过程受到了正向选择被激活，使下游基因转录增强，从而使细胞获得转移能力。

一. 转移相关的增强子（Met-VELs）的发现

如Figure 1a所示，作者选择了5组配对的原发骨肉瘤和肺部转移癌，另外还有5对通过不同方法诱导使之获得转移能力的原始和后代骨肉瘤细胞系。采用增强子标记物H3K4me1和H3K27ac抗体，对这些样品进行染色质免疫共沉淀测序（CHIP-seq），从而了解增强子上表观遗传学状态。作者把凡是在转移细胞与原始细胞中信号有3倍以上差异的区域定义为转移相关的增强子（Met-VELs）（Figure 1d）。通过信息学分析，作者发现这些受到激活的MET-VEL的分布虽然在10组中彼此重叠度不高，但是都呈现在基因附近成簇分布的特点（Figure 1g）。

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Figure 1a

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Figure 1d

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Figure 1g

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二. Met-VEL通过表观遗传学状态对下游基因的转录进行调控

根据成簇状分布的特点，作者认为这些簇状激活Met-VEL的出现是正向选择的表现。为了进一步探查这些VELs与转移相关的具体机制，作者选取了之前用过的三对相关细胞系，对它们进行GFP标记后，注入小鼠静脉，使其转移入肺部。之后，切取肺部组织，分离细胞进行体外培养。在培养的短时间（24小时）和长时间（14天）后分别进行RNA 测序，分析转录组（Figure 2a）。通过对转录组分析，作者发现增强子下游基因的转录高低与前面解析的Met-VELs表观遗传学状态相关度很强，即在转移癌中激活的Met-VELs下游基因转录增强，反之亦然（Figure 2b）。

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Figure 2a

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Figure 2b

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三. F3蛋白作为激活态MET-VEL的下游，可以促进癌细胞转移

基于上述发现，作者认为可以提出一个假设，即癌细胞基因组的增强子在原发癌的生长中受到选择，一些利于转移的增强子受到正向选择，被H3K4ac标记为激活态，从而使其下游的基因转录增强，细胞获得更高的转移能力。为了了解更详细的机制和得到具体的靶向位点，作者决定对Met-VELs相关的基因和转录因子进行筛查，设计了针对33个基因的shRNA库来靶向敲除候选基因或者转录因子，通过观察处理后细胞的转移能力进行筛选。最终，在六个敲除后有明显效果的基因中，F3蛋白受到注意，因为它上游的Met-VELs在转移组织中受到较强地激活。后续实验证实将F3利用小干扰RNA 敲除后，原发癌的生长不会受到影响，但它在肺组织中的扩增明显降低，小鼠的生存时间也得到提高（Figure 4e, g）。

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Figure 4e

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Figure 4g

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