Molecular Cell | 增强子RNA通过影响染色质环结构来调控脑胶质瘤的发生

恶性脑胶质瘤是成年和儿童群体脑部的主要肿瘤之一，患有胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）（恶性脑胶质瘤的主要类型）的病人的生存周期一般不会超过15个月。胶质母细胞瘤是一种肿瘤细胞组成高度异质性的疾病，其基因组上往往具有多种突变，而且细胞信号传导功能会发生明显的异常。先前对胶质母细胞瘤研究报道了一个独特的调控分子：microRNA-10b（miR-10b）。miR-10b在正常的脑部细胞里面通常是低表达或者不表达，包括神经元细胞（neuron）、星型胶质细胞（astrocyte）、神经元前体细胞（neuroprogenitor，NPC）以及小胶质细胞（microglia）；而在90%以上的脑胶质瘤细胞中是高表达。除此之外，过去研究表明，miR-10b能够调控多种重要的靶基因，这些基因可以影响脑胶质瘤细胞的细胞周期和细胞死亡，因而对脑胶质瘤细胞的存活具有重要的作用。

miR-10b位于HOXD基因座上。除了miR-10b基因以外，HOXD基因座还包括十个Homeobox转录因子的编码基因，以及两个反义lncRNAs(HOXD-AS2 和 HAGLR/HOXD-AS1)基因。然而，目前对脑胶质瘤中的HOXD基因座上（除miR-10b以外）的表达及其功能仍然所知有限；最重要的是，包括miR-10b基因在内的HOXD基因座在脑胶质瘤中的表达调控机制还不清楚。

近日，来自于哈佛医学院的Anna M. Krichevsky课题组及其合作者在Molecular Cell杂志上首次报道了miR-10b所在的HOXD基因座在脑胶质瘤细胞中能够发生激活，并且揭示了HOXD基因座的激活受到了染色质的三维结构和CTCF-cohesin介导的染色质环的调控；而染色质环结构又受HOXD-AS2 (Promoter RNA)和LINC01116 (enhancer RNA)的调控。

作者首先发现HOXD基因座上的大部分基因在正常的脑部细胞中低表达，而在脑胶质瘤细胞中高表达。进一步，作者通过Hi-C和4C-seq实验发现了HOXD/miR-10b基因组的下游500 kb有一个具有转录活性的顺式调控元件，可以和HOXD/miR-10b的启动子区域有很强的相互作用（图1）。这个有转录活性的顺式调控元件在基因组上被注释为LINC01116基因。此外，LINC01116也是在脑胶质瘤细胞里面高表达，而在正常的脑部细胞里面不表达。相呼应的是，作者在脑胶质细胞瘤中发现HOXD-AS2和LINC01116附近也具有CTCF的富集位点。

图1：4C-seq tracks展示HOXD/miR-10b和其他基因组片段的相互作用

 紧接着，作者发现敲低脑胶质细胞瘤中的HOXD-AS2或者LINC01116后，HOXD/miR-10b基因座相关的染色质环、CTCF和Rad21的结合位点都发生了改变，同时HOXD/miR-10b基因座内的基因都发生了明显下调（图2）。为了证明HOXD-AS2或LINC01116转录本是通过CTCF来影响HOXD/miR-10b基因座内的基因表达，作者通过基因编辑技术修改了HOXD-AS2和LINC01116附近的CTCF结合位点，发现了和HOXD-AS2或者LINC01116敲低后类似的现象。上述结果表明，HOXD-AS2或者LINC01116转录本通过影响染色质环的形成来调控脑胶质细胞瘤中HOXD/miR-10b基因座的激活。

图2：敲低脑胶质细胞瘤中的HOXD-AS2或者LINC01116后，HOXD/miR-10b基因座相关的基因表达、染色质环、CTCF和Rad21结合位点变化

最后，作者发现在正常细胞内激活LINC01116的表达，能够促进正常小胶质细胞内的HOXD/miR-10b基因座的激活，以及小胶质细胞增殖和恶性转化。

综上所述，作者在这篇文章中证实了脑胶质细胞瘤中的HOXD-AS2(Promoter RNA)和LINC01116(enhancer RNA)之间的相互作用能够影响染色质的空间结构，进而调控HOXD/miR-10b基因座的表达活性（图3），最后调控脑胶质细胞瘤的发生和发展。这也为未来治疗脑胶质细胞瘤提供新的靶点和方向。

图3：模式图

本研究的通讯作者是哈佛医学院附属布莱根妇女医院的Anna M. Krichevsky教授。Krichevsky教授实验室的工作主要聚焦在small regulatory RNA molecules和microRNAs在脑肿瘤中的作用、以及作为新的治疗靶点和生物标志物的潜力。她们还对RNA介导的脑肿瘤细胞与正常细胞的胞内通讯感兴趣，总体目标是发展基础的RNA研究并用以治疗胶质母细胞瘤(GBM)和其他脑瘤。

更多信息，点击左下角阅读原文可链接到原始文献：Deforzh E, Uhlmann EJ, Das E, Galitsyna A, Arora R, Saravanan H, Rabinovsky R, Wirawan AD, Teplyuk NM, El Fatimy R, Perumalla S, Jairam A, Wei Z, Mirny L, Krichevsky AM. Promoter and enhancer RNAs regulate chromatin reorganization and activation of miR-10b/HOXD locus, and neoplastic transformation in glioma. Mol Cell. 2022 Mar 29:S1097-2765 (22) 00256-8.

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