EGFRvIII调控组蛋白H2B翻译后修饰促进脑胶质瘤间质转化的表观遗传学研究

EGFRvIII mutation is an important biomarker for glioma diagnosis, prognosis and targeted therapy. Our preliminary analyses of transcriptomic and proteomic data demonstrated that the EGFRvIII mutation could activate the WNT/β-catenin signaling pathway, regulate the post-translational modification of histone, and promote mesenchymal transition and malignancy in gliomas. Based on these results, we aim to investigate the molecular mechanism of EGFRvIII/β-catenin in H2BK15 acetylation and mesenchymal transition. We will clarify the functional implications of EGFRvIII/miR-135b/MST1 in H2BS14 phosphorylation and apoptosis resistance. Further experiments will be conducted to analyze the interactions among the EGFRvIII regulated molecular network and the interaction between histone modifications. Finally, we will use the antagonists of bromodomain to assess the inhibitory effect of targeted histone modification on EGFRvIII mutant glioma. This study will aid in revealing the effect of EGFRvIII on histone post-translational modification and its downstream regulation network in glioma, which is expected to provide a theoretical basis for clinical marker's discovery and tailored therapies of glioma.

EGFRvIII突变是胶质瘤诊断分型、预后判断和靶向治疗的重要标志物。申请人团队前期对转录组学和蛋白组学分析时发现，EGFRvIII突变能够激活WNT/β-catenin信号通路，调控组蛋白H2B翻译后修饰，进而促进肿瘤细胞间质转化及恶性生物学行为。在此基础上，本研究拟利用免疫沉淀等技术研究EGFRvIII/β-catenin引起H2BK15乙酰化及间质相关标志物上调的分子机制；明确EGFRvIII/miR-135b/MST1参与的H2BS14磷酸化及抑制凋亡的调控模式；进一步分析上述分子网络的增强机制及组蛋白调控之间的相互作用；使用布罗莫结构域抑制剂观察靶向组蛋白修饰对EGFRvIII突变胶质瘤的抑制作用。本研究可揭示EGFRvIII对脑胶质瘤中组蛋白翻译后修饰及其下游因子调控网络的影响，有望为胶质瘤临床标记物发现及个体化治疗提供理论基础。

本项目已按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，针对受体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损伤修复分子（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，诱导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；而进一步延续研究发现ATRX通过H3K27me3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。另外，我们利用来自TCIA影像数据库223个样本的放射影像、临床因素和转录组亚型，基于体素分析（VLSM）揭示前神经元亚型和间质亚型GBM影像学的区别，发现与VLSM特征区域的样本相比，VLSM特征区域以外的样本间质转化EMT得分更高，表明有间充质表型倾向。在本项目资助下，发表SCI收录论著15篇，最高影响因子为17.388，申请国家发明专利1项，授权国家发明专利1项。同时，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数据库为广大研究人员提供ncRNA-药物-癌症关联的信息资源。