前列腺癌细胞中HOXB13基因沉默的表观遗传调控机制研究

HOXB13基因特异性地在前列腺中表达，促进细胞的终末分化，但该基因的表达随前列腺癌恶化程度增加而逐步降低。Microarry分析显示HOXB13作为肿瘤抑制基因可能通过DNA甲基化而发生沉默；腺病毒转染HOXB13能够诱导细胞凋亡和肿瘤细胞分化，而视黄酸(RA)能诱导前列腺癌细胞的凋亡或分化，但其具体机制不清楚。我们的前期工作证实在前列腺癌细胞中HOXB13基因可以被RA、TSA和5-Aza-dC诱导表达；SUZ12 siRNA能够显著提高HOXB13 mRNA和蛋白水平，暗示RA、表观遗传修饰、Polycomb复合物参与了该基因的调控。本项目拟在前期工作基础上，进一步揭示在前列腺细胞中RA、polycomb、DNA甲基化、组蛋白乙酰化对HOXB13协调调控的机制，阐述HOXB13基因调控及其抗肿瘤的机制，为通过改变表观遗传状态诱导内源HOXB13表达并进而治疗癌症提供理论和实验基础。

前列腺癌的发病率和致死率位居前列，并呈现快速上升的趋势。而前列腺癌的治疗尤其是雄激素阴性（AR－）的前列腺癌至今没有有效的手段。因此寻求一种更为有效的治疗手段极为重要。全反式视黄酸（ATRA）作为一种分化诱导剂，已广泛用于包括前列腺癌在内的多种癌症的治疗。HOXB13作为homeotic gene cluster（HOX）家族的一个经典成员，对前列腺癌细胞生长停滞起着重要的作用。它仅在AR＋的前列腺细胞中表达，并随前列腺癌的进一步恶化表达水平逐步降低。外源高表达HOXB13能够诱导高恶性的AR－前列腺癌细胞DU145的增殖停滞。但该基因在在前列腺癌中表达沉默的机制以及与ATRA的抑制癌症增殖的功能之间的联系尚不清楚。. 本课题的工作证实HOXB13基因的沉默与表观遗传调控密切相关。我们发现YY1能够招募组蛋白去乙酰化酶HDAC4到HOXB13基因启动子上，介导HOXB13沉默，组蛋白去乙酰化酶抑制剂NaB能够诱导高恶性的AR－前列腺癌细胞DU145的生长停滞，而干涉HOXB13能够部分恢复上述诱导作用。我们还发现全反式视黄酸（ATRA）诱导的DU145细胞增殖抑制过程中伴随着HOXB13的上调；而干涉HOXB13基因后这种抑制作用明显减弱。ChIP和CoIP实验证实Polycomb复合物家族成员EZH2，BMI1，SUZ12以及DNA甲基转移酶DNMT3b均能介导DU145细胞中HOXB13基因的沉默；其中EZH2能够与DNMT3b结合并招募其到HOXB13基因的启动子处，一起通过介导组蛋白H3K27me3和DNA的甲基化来抑制HOXB13基因的表达。另一方面，ATRA则能够抑制EZH2和DNMT3b在mRNA和蛋白水平上的表达并减少它们在HOXB13启动子上的结合，从而降低HOXB13基因抑制性表观修饰（DNA甲基化和组蛋白H3K27me3）的程度而上调抑癌基因HOXB13的表达，并进而抑制AR－前列腺癌细胞DU145的增殖。我们的工作还发现，ATRA和DNA甲级转移酶抑制剂5-aza-dc处理均能够表现出明显的协同增益效应。. 我们的实验结果揭示，ATRA能够通过影响细胞内的表观遗传修饰从而达到抑制肿瘤生长的作用；同时ATRA与5-aza-dc共同处理可以更好的抑制肿瘤细胞的增殖，从而为高恶性的AR－前列腺癌的临床治疗和理论研究提供一个新的思路和策略