组蛋白修饰H3K36me3调控肿瘤细胞DNA损伤信号通路机制的研究

The human histone mark H3K36me3 is one of the key epigenetic modifications that depleted or significantly decreased in multiple tumor tissues, implying its role in tumorigenesis. Our previous study revealed that H3K36me3 interact with DNA mismatch repair key protein MutSα in the early S phase and thus regulate the DNA repair and maintain the genome stability. Our further progress showed that depletion of H3K36me3 in tumor cells render it became more resistent to DNA damage reagent,failed to activate the key DNA damage signaling pathway protein ATR，as well as unable to be arrested at G2/M phase and exhibit less cell apoptosis in the absence of H3K36me3.The maojor purpose of this study is to prove that H3K36me3 depleted tumor cells lead to abnormal DNA signaling pathway and influence the related cell cycle and cell apoptosis. Our findings not only shed light on the role of H3K36me3 in the cancer predisposition, but also provide novel clues for the personalized treatment and the application of DNA-damaging anti-cancer drugs.

人类组蛋白H3K36位点的三重甲基化 (H3K36me3)是一个重要的表观遗传修饰，在多个不同的癌症组织中发现其缺失或者水平降低，暗示该修饰很可能与肿瘤致病机制有着密切的关系。我们之前研究发现H3K36me3在复制的早期与DNA错配修复关键蛋白MutSα相互作用从而调控DNA修复并维持了基因组稳定性，在此基础上进一步预实验发现敲除H3K36me3的HeLa细胞或缺失H3K36me3的其它肿瘤细胞在DNA损伤试剂处理时敏感性降低，无法激活关键信号通路蛋白ATR，更为重要的是其细胞周期不能被阻遏到G2/M期以及细胞凋亡减少。本研究拟证明肿瘤细胞缺失组蛋白修饰H3K36me3会导致DNA损伤信号通路异常并影响相关的细胞周期和细胞凋亡，不仅能进一步揭示了H3K36me3在肿瘤致病机制中的意义，也为"个体化"治疗和DNA损伤类肿瘤药物的应用提供新的依据。

组蛋白修饰H3K36me3和H3K9me3的去甲基化酶KDM4B常常在不同的癌症中高表达， KDM4B作为致癌基因的功能主要通过催化H3K9me3修饰进行去甲基化作用来实现，进而改变基因表达和基因组不稳定。目前没有报道系统性的研究KDM4B对H3K9me3整体或局部水平的影响。在该研究中，我们通过分析H3K9me3在基因组元件上的分布，发现了H3K9me3在长散在元件(LINE-1)上大量富集。值得注意的是，依赖于KDM4B的H3K9me3中有大部分位于进化上较年轻的活跃LINE-1上。KDM4B的异位表达可促进LINE-1的表达，而KDM4B的缺失降低了LINE-1的表达。KDM4B的过表达可能通过其组蛋白去甲基化酶的活性来促进LINE-1的转座活性、拷贝数和DNA损伤。在乳腺癌细胞中，KDM4B表达量较高的细胞较KDM4B表达量较低的细胞，有较高的LINE-1的表达和拷贝数。有趣的是，在KDM4B高表达的乳腺癌细胞中，KDM4B抑制剂的使用抑制了LINE-1的表达和其所介导的DNA损伤。我们的研究不仅发现KDM4B可作为LINE-1的新调控因子，而且提示KDM4B的过表达在肿瘤发生过程中具有意想不到的致癌作用（致病分子机理），并为开发新的癌症预防策略和治疗方法提供了线索。我们的研究还包括了组蛋白去甲基化酶KDM5C被高危型HPV16 E6降解并激活肿瘤特异性超级增强子，从全新的角度提供了致癌病毒感染促使癌症发生的新机制。