单细胞转录组水平的食管鳞癌干性基因PARP4的功能研究

Cancer stem cells are the leading cause of cancer origin, recurrence, metastasis, and poor prognosis. Recently, with the development of single-cell sequencing technology, cancer cell heterogeneity in cancer tissues has been further characterized. Previously, our team performed single-cell transcriptome sequencing on 3 cases of esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) and 2 cases of esophageal adenocarcinoma (EAC), and we obtained deep depth transcriptome profiles of 274 individual cancer cells. To further interpret the characteristics of cancer stemness in esophageal cancer, we performed a cancer stemness index analysis on these single-cell transcriptome sequencing data, and we found a potential gene PARP4, which was associated with the cancer stemness of ESCC. This project focuses on the effect of PARP4 on the cancer stemness of ESCC. We will analyze its expression in ESCC and its relationship with patient survival, and then use a variety of molecular and cellular biology tools to further explore the function of PARP4 in the cancer stemness of ESCC. We believed that this study will expand our understanding of ESCC cancer stem cells and provide an important theoretical basis for the application of PARP4 complex as a potential therapeutic target for ESCC.

癌症干细胞是癌症起源、复发、转移及预后不良的主要原因。近些年来，随着单细胞测序技术的发展，癌症组织内细胞异质性得到进一步的解析。本研究团队前期对3例食管鳞癌（ESCC）和2例食管腺癌（EAC）进行了单细胞转录组测序，得到了274个高深度单个癌细胞转录谱。为了进一步诠释食管癌的干性特征，我们对这些单细胞转录组测序数据进行了干性指数分析，得到了潜在的与ESCC干性相关的基因——PARP4。本研究项目集中在PARP4对ESCC干性的影响，我们将对其在ESCC中的表达以及其与患者生存之间的联系进行分析，然后再采用多种分子细胞生物学手段来进一步探索PARP4在ESCC的癌细胞干性中的重要作用。本研究的完成将拓展我们对于ESCC的癌干细胞的认知范围，并为PARP4复合体作为ESCC的潜在治疗靶点的应用提供重要的理论基础。

癌症干细胞是癌症起源、复发、转移及预后不良的主要原因。近些年来，随着单细胞测序技术的发展，癌症组织内细胞异质性得到进一步的解析。前期我们的食管鳞癌（ESCC）高深度单个癌细胞转录谱数据让我们对ESCC的癌症组织结构及癌细胞异质性有了更深层次的认识。我们通过构建食管鳞癌干性指数来进一步诠释了不同食管鳞癌细胞的干性差异，进一步通过比较高干性癌细胞和低干性干细胞表达谱之间的差异，我们发现了338个与ESCC的癌细胞干性相关的潜在基因，其中包括前期已经报道的一些干性基因，如CDCA7，KIF11，WLS，ZMYM2等，对这些差异基因进行KEGG分析发现，其主要富集于DNA复制（DNA Replication）和DNA损伤修复（DNA Damage Repair）通路中，其中最为典型的基因是DDX11，RAD17，以及PARP4。后续我们分析了本院ESCC患者癌症组织后发现PARP4在一些ESCC患者癌症组织中的存在高表达，且其高表达与患者的生存呈显著负相关（高表达预后差）。细胞学功能分析发现，PARP4在食管鳞癌细胞中并不影响细胞的增殖、迁徙和侵袭能力，但其极大地影响了癌细胞的干性（成球能力）。针对稳定敲低PARP4的食管癌细胞系的转录组学和蛋白组学数据显示，PARP4表达降低后，与细胞周期和NF-κB信号通路相关的基因显著升高，而与蛋白聚糖、ECM受体互作、MAPK等信号通路的基因显著降低。进一步的信号通路富集分析发现，NF-κB信号通路确实与PARP4的表达呈负相关。而蛋白组学结果也显示食管癌细胞中PARP4的敲低显著提升了细胞的I型干扰素信号通路。这些数据显示，PARP4可作为ESCC的潜在癌症干细胞标志物，并期望能够成为ESCC的潜在治疗靶点提供重要的理论基础。