超级增强子驱动lncRNA HCCL5-ZEB1正反馈调节在肝细胞癌中的作用 及机制研究

We previously discovered a new gene that is up-regulated in hepatocellular carcinoma (HCC) and serves as a key oncogene in HCC, named it lncRNA "HCCL5". Analysis of Chromatin Immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq) data in HepG2 revealed a super-enhancer existed in the downstream of HCCL5. Super-enhancers (SEs) are large clusters of transcriptional enhancers that functionally capable of driving the expression of key genes. Further analysis of the Chromatin Interaction Analysis using Paired End Tag sequencing (ChIA-PET) data revealed that the super-enhancer could interact directly with HCCL5 in physical structure, suggesting that the super-enhancer has transcriptional regulation on expression of HCCL5 in HCC. In addition, our preliminary experiments showed that there likely existed a positive feedback in the up-regulation of HCCL5 and ZEB1. Therefore, we propose a scientific hypothesis that the super-enhancer may drive the formation of a positive feedback regulation between HCCL5 and ZEB1, thereby accelerating the progression of hepatocellular carcinoma. This study will confirm the scientific hypothesis from the aspects of cell, animal and patients’ sample, and will provide a basis for further understanding of the biological function of lncRNA in human hepatocellular carcinoma and afford a new thought for finding therapeutic targets and prognostic biomarkers of hepatocellular carcinoma patients.

申请人前期发现了一个在肝细胞癌中表达上调，并发挥促癌作用的新基因，将其命名为lncRNA "HCCL5"。对ChIP-seq数据进行分析发现HepG2中HCCL5的下游存在一个超级增强子。超级增强子是具有转录活性增强子的一个大簇，在功能上能够驱动关键基因的表达。进一步对ChIA-PET数据的分析发现该超级增强子在空间上与HCCL5存在直接相互作用，提示超级增强子对肝细胞癌中的HCCL5存在转录调控。预实验表明HCCL5与转录因子ZEB1相互上调，可能形成正反馈。因此，我们提出科学假说：超级增强子驱动HCCL5与ZEB1形成的正反馈，进而加速肝细胞癌的进程。本项目将从细胞、动物和患者组织三个层面证实该科学设想，这将为进一步了解lncRNA在人肝细胞癌中的生物学功能提供依据，为寻找肝细胞癌的治疗靶点和预后标记物提供新的思路。

肝癌是常见恶性肿瘤，也是癌症危害健康的高风险疾病，存活率较低，因此，有必要研究肝细胞癌的发病机制、新型治疗靶点及预后生物标记物。完成的主要研究内容与项目申请书基本一致，如下所示：a）ZEB1对肝细胞癌中lncRNA HCCL5的转录调控；b）肝细胞癌中lncRNA HCCL5和ZEB1形成正反馈环路；c）超级增强子驱动肝细胞癌中lncRNA HCCL5表达的上调；d）LncRNA HCCL5和ZEB1在人肝细胞癌组织样本中的表达相关性及其临床意义；e）超级增强子及其相关的lncRNA HCCL5在肝细胞癌中的潜在治疗价值。. 在该项目的资助下，项目负责人以第一作者在国际知名期刊Cancer Research上发表SCI论文一篇（PMID：30482773）。同时，参与国际学术会议一次，成果以会议摘要形式被Cancer Research的增刊收录（https://cancerres.aacrjournals.org/content/80/16_Supplement/4686）。此外，项目负责人以第一发明人申请国家发明专利三项，其中两项已经获得授权。在该项目的资助下，除了获得以上成果，还取得了一系列的实验结果。主要数据有：a）ZEB1与lncRNA HCCL5的超级增强子和启动子区域相互作用以促进其转录；b）ZEB1直接靶向lncRNA HCCL5的超级增强子区域；c）发现一个新的lncRNA LC在肝细胞癌细胞系与超级增强子相关；d）lncRNA LC促进肝细胞癌体外生长和转移。. 总之，本项目围绕超级增强子相关lncRNA在肝癌中的生物学功能，并探讨其转录调控机制。在机制上，lncRNA HCCL5上调转录因子ZEB1的表达；反过来，ZEB1可通过lncRNA HCCL5的超级增强子来驱动lncRNA HCCL5的转录，二者相互调控形成正反馈回路。功能上，HCCL5可以促进肝细胞癌细胞的生长、迁移和侵袭，同时抑制其凋亡。临床上，lncRNA HCCL5在肝细胞癌组织中表达上调，其高表达均可预测肝细胞癌患者的不良预后。这些结果有望为肝细胞癌的预后预测提供新的标志物，也有望为肝癌的靶向治疗提供潜在的药物靶点。