人乳腺癌细胞中TET2基因的转录调控与功能研究

Loss of 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) has been identified as a novel epigenetic hallmark of breast cancer; however, the cause and consequence remain elusive. Based on recent research progress and our preliminary data, we hypothesize that the transcriptional repression of TET2 gene is the major cause of "loss of 5hmC" in breast cancer cells and that TET2/5hmC inactivation is essential but not sufficient for the establishment of hyper-methylated CpG islands and the transcriptional silencing of downstream genes. In this study, we aim to investigate the molecular mechanism through which TET2 gene was repressed in breast cancer cells. Small molecule compounds library and shRNA library will be used to screen the upstream regulators of TET2 gene transcription. Epigenomic profiling will be explored to identify the downstream effectors of TET2. The function of those downstream effectors will be verified using CRISPR/Cas9-mediated knockout and piggybac transposon-mediated over-expression technologies. Together, our work will elucidate the cause and consequence of TET2/5hmC inactivation in breast cancer, which may provide new clues to the prevention, diagnosis, and therapy of breast cancer.

5-羟甲基胞嘧啶（5-hydroxymethylcytosine，5hmC）减少是乳腺癌的表观遗传特征之一，但其减少的原因及后果目前并未完全阐明。基于国内外研究进展及我们的前期工作，我们提出研究假说：TET2基因转录抑制是乳腺癌5hmC减少的主要原因，TET2/5hmC表观遗传通路失活逐渐导致乳腺癌细胞中部分CpG岛异常高甲基化以及下游基因的转录沉默。因此，在本项目中我们计划探索乳腺癌细胞中TET2基因转录抑制的分子机制，通过小分子化合物文库与慢病毒shRNA文库筛选技术寻找调控TET2基因转录的上游调控因子；采用表观基因组学技术鉴定TET2/5hmC的下游靶基因；最后，通过CRISPR/Cas9基因敲除与转座子过表达技术验证其功能。预期研究结果将阐明TET2/5hmC表观遗传通路在乳腺癌发生中异常的前因后果，为乳腺癌的预防、诊断与治疗提供新的思路与线索。

TET2/5hmC表观遗传通路失活是多种肿瘤（包括乳腺癌）的表观遗传特征之一。本项目系统阐明了TET2/5hmC表观遗传通路在乳腺癌中异常的前因后果。首先，我们通过小规模乳腺癌相关信号通路抑制剂与激动剂筛选发现了雌激素信号通路可以增强ERα阳性乳腺癌细胞MCF7中的TET2基因转录与5hmC含量。随后，表观基因组与转录组的整合分析显示TET2介导增强子DNA去甲基化，维持增强子活性，促进转录因子（包括ERα）结合，从而激活相关基因转录。有趣的是，这部分增强子受TET2调控的ERα靶基因主要是促凋亡基因，而不是ERα下游经典的促增殖基因，提示雌激素信号通路在乳腺癌中同时具有促癌与抑癌的“双刃剑”作用。我们进一步验证了TET2可以通过DNA去甲基化上调Caspase4基因转录，增加细胞对凋亡或坏死的敏感性，从而发挥抑制肿瘤的作用。此外，我们还意外发现了TET2招募HDAC1/2催化H3K27ac去乙酰化，负调控乳腺癌细胞中PD-L1基因的转录。因此，本项目揭示了TET2可以通过酶活依赖与不依赖两种方式调控染色质结构与基因转录，从而影响乳腺癌细胞抗凋亡与免疫逃逸等多个方面的功能。我们的研究结果加深了人们对乳腺癌发生、发展与演化过程表观遗传调控机制的认识，为乳腺癌的预防、诊断与治疗提供了新的思路与线索。