利用单细胞多组学技术对胰腺癌转移过程中表观遗传调控分子机制的研究

Pancreatic cancer is one of the most deadly of all types of cancer. Currently, the early detection of pancreatic cancer is exceedingly difficult and the prognosis is dismal, with only 8% of patients surviving more than 5 years after diagnosis. In China, the incidence of pancreatic cancer has increased rapidly in recent years, and now pancreatic cancer is the sixth leading cause of cancer death in men and the seventh in women. Since most patients will already have metastases at the time of diagnosis, understanding the molecular mechanisms underlying metastasis could help to develop novel diagnostic and therapeutic methods. Our previous study has shown that epigenomic changes, rather than genomic changes, might drive progression and metastasis of pancreatic cancer. In this project, by single-cell multi-omics technology and using epigenomic reprogramming process of distant metastasis under drug (6AN) treatment as model, we aim to reveal the dynamics of epigenomic reprogramming of tumor cell population at single-cell level: 1) to identify tumor cell population structure during reprogramming and characterize the transcriptomic and epigenomic features for each sub-population; 2) to identify candidate genes which may play essential roles in metastasis through epigenetic regulation; 3) to elucidate molecular mechanisms of those candidate genes in detail by functional assays. This projects will not only shed light on the epigenetic mechanisms of metastasis in pancreatic cancer but also could provide potential therapeutic strategies to prevent or combat metastasis.

胰腺癌是恶性程度最高的肿瘤之一，其早期诊断率低，术后复发和死亡率高。近年来，胰腺癌在我国呈快速上升的趋势，目前分别在男性和女性中为致死恶性肿瘤的第六和第七位。大多数胰腺癌患者在被确诊时已发生肿瘤转移，因此研究胰腺癌转移的分子机制，将为其临床治疗以及靶点药物的研发提供重要的理论基础。我们之前的研究表明表观基因组的改变，而非基因组序列的变化，可能才是胰腺癌转移的驱动因素。本项目立足于我们之前的研究结果，拟已建立的胰腺癌转移肿瘤的原代培养细胞系为研究材料，利用单细胞多组学测序技术，在细胞水平上动态的揭示肿瘤细胞群体转移过程中表观基因组的重编程过程：1）描绘肿瘤细胞转移过程中不同细胞亚群的表达谱和表观遗传特征；2）鉴定出在转移过程中受表观调控的重要基因；3）阐明这些候选基因的表观调控分子机制。本项目将不仅能进一步揭示胰腺癌细胞转移的表观遗传调控分子机制，并为胰腺癌的临床治疗提供可能的药物靶标。

皮肤鳞状细胞癌是（cSCC）是仅次于基底细胞癌的第二大皮肤癌，一般认为日光性角化病（AK）是皮肤鳞状细胞癌的癌前病变。本研究利用多组学单细胞测序技术，包括单细胞转录组和单细胞染色质开放区域测序技术，来自于6个病人的13个样品，全面综合性的探究从正常皮肤到日光性角化病，到原位皮肤鳞癌再到侵袭性的cSCC的整个病理发展过程的分子机制。本研究对角质细胞进行了详细的分类，鉴定到了之前未报道的一些重要细胞亚型。在原位皮肤鳞癌中，我们鉴定到了一种恶性的基底细胞亚群，与其他基底细胞相比，这种亚群具有更强的细胞增殖和迁移能力。对AK和原位鳞癌的转录组比较中，我们鉴定到了多个可能在其转变过程中起重要作用的候选驱动基因，其中包含一些转录因子。免疫组化和免疫荧光实验以及单细胞染色质开放性测序数据证实了这些基因的表达变化。功能实验验证了这些基因在调控肿瘤细胞复制、凋亡、迁移和侵袭过程中的重要作用。此外，我们还全面描绘了皮肤鳞癌中肿瘤微环境的特征以及角质形成细胞与肿瘤微环境之间的细胞通讯，为临床免疫治疗提供了理论基础。本项目的研究结果对于全面揭示由日光性角化病到皮肤鳞癌的发展过程具有重要价值，所鉴定的潜在靶点对临床上开发皮肤鳞癌的抗肿瘤药物具有重要意义。