ATRX调控染色质三维结构和组蛋白修饰促进脑胶质瘤干细胞干性的机制研究

ATRX plays an important role in glioma diagnosis and prognosis. Previously, we utilized Hi-C, ChIP-seq and GEP to find that ATRX could alternate 3D chromatin architecture, correlate with PDGFRA and NEAT1 expression, and mediate glioma epigenetic signature by inhibiting EZH2 degradation. On these basis, we aim to explore the mechanism underneath ATRX maintains glioma stemness through regulating PDGFRA transcription. We will ascertain the function of ATRX-related histone modification by regulating EZH2 degradation and clarify the molecular mechanism of ATRX mediated NEAT1/histone modification complex in regulating glioma stem cell signaling pathway and promoting glioma stemness. Finally, we will carry out the specific antagonistic inhibitors of PDGFRA and EZH2 to assess the inhibitory effect on glioma stemness. This study will contribute to revealing the effect of ATRX on 3D chromatin architecture, histone modification and down-stream regulation network in glioma, which is intended to provide a theoretical evidence in clinical marker excavation and individual treatment in glioma.

脑胶质瘤中ATRX是诊断分型、预后判断的重要分子标记物。申请人前期利用Hi-C、ChIP-seq及RNA表达谱等技术发现ATRX可影响染色质三维结构，与PDGFRA和NEAT1表达相关，抑制EZH2降解，介导组蛋白修饰，调控脑胶质瘤干细胞干性。在此基础上，拟利用Hi-C和高通量染色质免疫共沉淀等相关技术，揭示ATRX促进PDGFRA转录，调控脑胶质瘤干细胞干性的具体机制；明确ATRX抑制EZH2泛素化降解对基因组表观遗传修饰的调控作用；进一步分析ATRX介导NEAT1/组蛋白修饰复合体促进脑胶质瘤干细胞干性的调节模式；利用特异性PDGFRA抑制剂和EZH2抑制剂研究ATRX表达型脑胶质瘤干细胞干性的抑制作用方式。本研究可揭示ATRX调控染色质三维结构改变和组蛋白修饰促进脑胶质瘤干细胞干性的作用机制，有望为脑胶质瘤个体化治疗和临床标记物的发现提供新途径。

本项目已按照计划完成所有研究内容，取得创新型研究成果，其中研究内容主要集中在以下几个方面:课题组通过分子生物学实验发现同时敲低EGFR和MET比单独敲低EGFR下调下游蛋白质的磷酸化水平更显著，针对EGFR通路通过与MET通路串扰导致的耐药机制，我们开发出的一种纳米抑制剂BIP-MPC-NP通过减弱串扰通路相关的重要转录因子E2F1的表达，抑制了多种DNA损伤修复因子（CHK1、CHK2、p53、RAD50和RAD51）的表达，表明靶向EGFR与其他通路的交互网络对TMZ耐药胶质瘤中的化疗敏感性改变的重要作用。我们通过生物信息学分析和生物分子实验，发现了与替莫唑胺耐药性相关的lncRNA（lnc-TALC），证明了lnc-TALC通过c-Met/Stat3/p300轴介导MGMT启动子区域中的H3K9，H3K27和H3K36乙酰化来增加MGMT表达，从而介导胶质母细胞瘤替莫唑胺化疗耐药；而在进一步研究中lnc-TALC外泌体表达水平在耐TMZ的GBM细胞中较亲代高，lnc-TALC通过与小胶质细胞内的ENO1结合，促进p38 MAPK信号通路磷酸化，调控C5释放，促进TMZ诱导的DNA损伤修复，导致化疗耐药。此外，我们发现胶质瘤中敲除ATRX后的组蛋白H3K9三甲基化状态发生减弱，从而减少了DNA双链损伤时ATM蛋白的乙酰化，导致替莫唑胺介导的ATM磷酸化的水平降低，抑制了DNA损伤修复的进程；而进一步研究发现ATRX通过H3K7me3富集下调FADD表达从而诱导PARP1稳定化的方式以促进胶质瘤细胞中的DNA损伤修复来加强TMZ耐药作用，表明表观遗传学修饰在胶质瘤耐药机制中的重要作用。课题组通过免疫组化和体内外实验研究发现,与低级别胶质瘤相比，高级别胶质瘤可诱导嗜中性粒细胞浸润和中性粒细胞胞外陷阱形成，TINs诱导产生的NETs是高级胶质瘤的致癌标记并且参与到胶质瘤细胞的增殖和侵袭过程，研究证实NETs激活NF-κB信号通路，促进胶质母细胞瘤中IL-8的分泌，通过HMGB1/RAGE/IL-8轴来调节微环境。在本项目资助下，发表SCI收录论文11篇，最高影响因子41.4。同时在本项目研究过程中，课题组对于脑胶质瘤数字化生物样本库的建设进一步完善，通过建立NoncoRNA和DREAM数据库为广大研究人员提供RNA-药物-癌症关联的信息资源。