氧化应激诱导TET1在结肠癌发生中的表观遗传调控机制

Oxidative stress and epigenetic modification play important roles in colon tumorigenesis. The discovery in epigenetic function of demethylation of TET1 makes it a hot research topic in recent years. However, the role of TET1 epigenetic regulation in colon tumorigenesis induced by oxidative stress remains largely unknown. Our previous results showed that H2O2 decreased H3K56Ac level in HCT116 cells,and induced the dissociation of TET1 from chromatin.Thus,we hypothesize that oxidative stress decreases the level of H3K56Ac and leads to a dissociation of TET1 from chromatin, and regulates the 5mC/5hmC level of CpG islands of targeted genes and their transcriptional expression. In this project, we will use a series of biochemical assays to confirm the interaction between TET1 and H3K56Ac. By employing ChIP-Seq and RNA-Seq technology, we will generate the whole genome map of TET1 binding genes and find the alteration of transcriptional expression of targeted genes in response to oxidative stress. In addition, by using RT-qPCR and immunohistochemistry in colon cancer samples and measuring the level of 8OHdG, we will confirm the association between oxidative stress and TET1 and H3K56Ac in colon tumorigenesis. The results derived from this study will provide a novel insight into the mechanism of TET1 epigenetic regulation in colon tumorigenesis induced by oxidative stress.

氧化应激和表观遗传修饰在诱导结肠癌发生中均起着重要作用。TET1去甲基化功能的发现使之成为近几年来的研究热点。我们在前期实验中发现, H2O2不仅能降低结肠癌细胞组蛋白H3K56位点乙酰化水平而且能导致TET1从染色质上脱离。我们由此推测氧化应激诱导H3K56Ac水平降低从而导致TET1从染色质上脱离，进一步调控下游靶基因CpG岛的甲基化/羟甲基化水平并影响下游靶基因的转录表达。本项目拟通过生化实验建立TET1和H3K56Ac的相互作用；结合ChIP-Seq和RNA-Seq技术绘制TET1和H3K56Ac的共同结合位点及氧化应激诱导调控的基因表达图谱并关联下游靶基因转录表达变化；通过免疫组化等实验在结肠癌样本中建立氧化应激、TET1和H3K56Ac在结肠癌发生过程中的相关性及验证下游靶基因的转录水平。本项目的实施将为深入理解氧化应激诱导TET1在结肠癌发生的表观遗传调控机制提供科学证据。

结肠癌是最为常见的恶性肿瘤之一。全世界范围内大肠癌发病率位于恶性肿瘤的第三位，而发达国家则高居第二位。因此，深入研究结肠癌发生的作用机制对于结肠癌的诊断与治疗具有重要的意义。TET1蛋白能够对DNA上的5’甲基化胞嘧啶的进行5’羟甲基化进而去甲基化。TET1催化产生的5-hmC 表达水平具有明显的组织特异性，其中在中枢神经系统表达水平最高，而且5-hmC 主要富集在基因的promoter区域和Gene body区域。最近的研究表明，5-hmC 在多种肿瘤如乳腺癌、前列腺癌和肺癌等的表达相比正常组织大大的降低。而且，在乳腺癌、前列腺癌、肺癌等肿瘤细胞系中TET基因以及5-hmC的表达也同样降低[22]。所以，异常的5-hmC 也许将能成为肿瘤诊断的新特征。有研究人员通过前列腺移植瘤模型证明，TET1的缺失能够加速肿瘤细胞生长、侵入以及代谢等过程。还有研究发现，在急性骨髓白血病样本中TET1发生基因突变从而导致自身酶失活，进一步诱导5-hmC表达水平异常。在神经胶质瘤中发现，IDH1/IDH2突变导致产生的2-羟戊二酸抑制TET1蛋白的活性。最近的研究表明，TET1的缺失导致下游基因TIMP2/3表达降低从而促进前列腺癌的发生。另外，Kudo Y等发现 TET1在结肠癌表达中明显降低并且同时5-hmC水平降低。这些研究表明TET1与包括结肠癌在内的不同肿瘤发生之间有着密切的关系。然而，TET1在不同肿瘤包括结肠癌发生过程中的作用机制还不明确。.我们通过生物信息学比对的方法发现TET1和乙酰转移酶hMOF在染色质上能够结合到相似的基因组区域，进一步通过免疫共沉淀实验验证TET1确实和hMOF相互作用。而且，我们还进一步验证TET1的C末端能够和hMOF进行直接的相互作用。然后，我们发现干扰TET1能够调控hMOF自我乙酰化功能异常从而导致hMOF从染色质上脱离下来，从而导致H4K16乙酰化水平降低，进而诱导DNA损伤修复的功能缺失和基因组的不稳定性。这一机制的阐述为TET1在结肠癌中的表达降低所起的作用提供的数据支持。