超级增强子调控的长链非编码RNA在食管鳞癌中的功能及其分子作用机制

Super-enhancers (SEs) were described as a class of regulatory regions with unusually strong enrichment for the binding of transcriptional coactivators. Reports have revealed that some important genes such as oncogenes are transcriptionally activated by SEs. Recently, we identified SEs in esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) cells and found that some long non-coding RNAs (LncRNAs) involved in the progression of cancer are regulated by SEs. Further analysis showed that novel SCC-specific oncogenic LncRNAs are driven by SEs. Transcriptional factors such as TP63 bind to the SEs region and up-regulate the expressions of those lncRNAs. Finally, certain pathways are activated and the malignant phenotypes of ESCC are promoted. These findings indicate that SEs are important for the upregulation of oncogenes such as oncogenic LncRNAs in ESCC. To further prove this conclusion, in this proposal, we will use methods including ChIP-Seq, luciferase reporter assay, RNA pull-down assay and series of cell behaviors detection experiments to identify new ESCC-specific SEs-associated LncRNAs in ESCC samples and then explore the functional roles and the underlying mechanisms of these LncRNAs in the development and progression of ESCC. The interaction between SEs and the transcriptional factors and their roles in the regulation of these LncRNAs will also be determined.

超级增强子是存在于基因组上的一组DNA功能元件，调控细胞关键基因，包括重要癌基因的转录。最近，我们研究发现食管鳞癌中，某些长链非编码RNA（LncRNAs）受超级增强子调控；转录激活因子特异结合这些超级增强子序列，上调LncRNAs转录，活化相关细胞信号转导通路，促进癌细胞恶性表型。这强烈暗示着食管鳞癌中存在着一种由超级增强子始动，以LncRNAs为中介的癌细胞恶性演变发展新机制。然而，这其中，究竟有多少种LncRNAs受超级增强子特异调控，有多少种转录激活因子参与此过程，又有哪些细胞信号通路被激活？这些更深层次的新的科学问题，目前均尚不清楚。为此，本项目拟在分子、细胞和实验动物三个层面设计研究方案，通过联合运用ChIP-Seq、双荧光素酶报告系统、RNA pull-down以及系列细胞功能实验等手段，系统研究上述科学问题，证明超级增强子通过调控LncRNAs促进食管鳞癌恶性演变新机制。

研究发现，超级增强子与癌基因的异常活化密切相关。我们利用ChIP-Seq等技术和方法，在食管鳞癌细胞中发现某些重要的食管鳞癌相关长链非编码RNA（LncRNA）如LINC01503和CCAT1等均受超级增强子的调控，提示食管鳞癌细胞内可能存在一种由超级增强子驱动的、LncRNA为核心的肿瘤发生发展新机制。为了深入证明这一科学问题，在本项目中我们综合利用ChIP-Seq、双荧光素酶报告系统等技术手段，在食管鳞癌细胞和组织样本中鉴定新的超级增强子相关LncRNA，并深入解析超级增强子对LncRNA的调控机制。主要研究结果如下：1）在食管鳞癌和食管腺癌组织细胞中鉴定了超级增强子谱，发现了一系列可能受超级增强子调控的LncRNA；2）结合转录组数据，分析发现某些LncRNA如MIR205HG等，在食管鳞癌中是超级增强子调控基因，而在腺癌与正常上皮中不是；而且MIR205HG在食管鳞癌中较腺癌组织与正常组织均异常上调，提示在食管鳞癌中可能存在特异的LncRNA调控机制，因此我们将研究重点放在MIR205HG；3）MIR205HG在食管鳞癌中上调表达，其表达水平与患者的生存时间呈明显的负相关关系；MIR205HG的敲降可以显著抑制食管鳞癌细胞的生长与侵袭等恶性行为，而过表达则可以促进细胞的恶性表型，提示MIR205HG是一种重要的食管鳞癌功能基因；4）MIR205HG受食管鳞癌细胞特异的超级增强子调控，鳞癌核心转录调控通路TP63/SOX2/KLF5可以通过结合于该超级增强子激活MIR205HG的转录；5）MIR205HG主要表达于食管鳞癌细胞胞浆，MIR205HG可能在胞浆中与蛋白分子互作，进一步研究揭示，RNA结合蛋白PTBP3是MIR205HG的一种重要的互作蛋白；6）MIR205HG/PTBP3复合物，可以结合于HIF-1α mRNA 的5'UTR，共同促进HIF-1α的翻译，继而上调HK2和LDHA等糖酵解关键酶的表达，促进食管鳞癌细胞的糖酵解过程。综上，我们的研究揭示了超级增强子调控MIR205HG在食管鳞癌异常表达的分子作用机制和临床意义，为探索食管鳞癌发生发展的机理和临床诊疗提供了新的见解和思路。