Functional Enhancers Shape Extrachromosomal Oncogene Amplifications
Cell , November 21,2019
背景
“以基因为中心”的DNA扩增观点侧重于识别拷贝数增加的潜在癌基因,但最近在基因组组成和基因调控方面的研究揭示了相邻区域在转录控制中的重要性。
由断裂-融合桥或者染色体碎裂产生的癌基因高水平扩增会导致癌基因扩增在均质染色区(HSR)出现或携带在染色体外DNA(ecDNA)上。
增强子异常活动是导致癌基因表达的驱动因素,从而导致的肿瘤的发生,维持和发展。
方法
通过CHIP-seq技术检测H3K27ac组蛋白信息,发现增强子与癌基因存在共扩增现象,然后通过ATAC-seq技术确定对应增强子染色质可及,再利用CRISPRi技术设计针对两个增强子区域的靶标,并结合RNA-seq的数据,研究两个增强子对于癌基因表达的影响。通过FISH技术确认ecDNA的存在,利用4C-seq技术研究增强子和癌基因共扩增影响染色质三维拓扑结构,并通过21天CRISPRi扩增脱落筛选,研究ecDNA上增强子重组调控细胞活性。最后对于公共数据库分析,增强子和癌基因共扩增现在存在于多种实体瘤中。
结果
结果-1 胶质母细胞瘤中,EGFR与两个功能性增强子的扩增共选择
作者假设任何基因组特征与EGFR基因发生扩增共选择,则相关扩增子将延伸至远端以包含这些特征,表现为扩增子相对于癌基因基因组位置的“倾斜”(Figure1A)。
对来自TCGA的174个EGFR扩增的胶质母细胞瘤数据进行分析,通过蒙特卡洛方法证明在EGFR上游区域出现扩增倾斜(Figure1B);利用CHIP-seqH3K27ac标记方法,发现两个增强子与EGFR发生共扩增(Figure 1C)。
结果-2 增强子共扩增在神经胶质起源细胞中活跃
结果-3 EGFR和内源性增强子在环形ecDNA保持扩增
结果-4 ecDNA EGFR扩增影响染色质三维拓扑结构
结果-5 ecDNA上增强子重组调控细胞生存能力
作者利用21天CRISPRi-dropout筛选技术研究。
结果-6 增强子共扩增存在于多种实体瘤
为了鉴定增强子共扩增是癌症中普遍现象,作者选择来自公共数据库中的9个代表性癌种SNP芯片数据进行分析(Figure A);在743个肿瘤样本种筛选扩增癌基因,并且与COSMIC癌基因取交集得到43个基因,通过H3K27ac CHIP-seq数据分析与癌基因发生共扩增的增强子(Figure B), 其中30个癌基因含有与之共扩增的增强子,揭示了癌症共扩增的一般模式(Figure C)。
结论
作者发现包含增强子的临近非编码区域与癌基因共扩增,并且与线性染色体存在联系。
扩增环化能够形成新的调控元件并影响到癌基因的拓扑,并且这种调控重新连接有助于癌基因对癌症适应度的影响。
讨论
作者发现一种新的致癌基因重写调控机制,即癌基因和增强子共扩增,然后环化,其整个位点都是驱动因子,包含致癌基因、增强子、它们的拓扑接触,以及可能的其他未知调节特征,即“ON-CO位点”。
此发现可能针对目前无靶药的癌基因提供干扰途径。
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