eLife | lncRNA HOTAIR小鼠模型解析其促進乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移的機制
北京時間12月29日,中科院深圳先進院馬晴研究員課題組與斯坦福大學Howard Chang實驗室、上海交通大學李令杰課題組合作,在國際學術(shù)期刊eLife上發(fā)表了題為“Inducible lncRNA transgenic mice reveal continual role of HOTAIR in promoting breast cancer metastasis”的研究論文。該研究首次建立了可誘導過表達人類長非編碼RNA HOTAIR的小鼠模型。通過該小鼠模型,該研究展示了HOTAIR過表達能影響腫瘤細胞的染色質(zhì)開放性程度,從而調(diào)控基因表達,并最終促使小鼠乳腺腫瘤向肺部轉(zhuǎn)移。更重要的是,通過撤除誘導劑來取消HOTAIR的過表達水平后,細胞的染色質(zhì)開放性和基因表達改變都能有所回復,且細胞轉(zhuǎn)移能力也會降至原來的水平,這說明該促使乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移的過程需要HOTAIR的持續(xù)表達來維持,這意味著HOTAIR可以作為抑制乳腺腫瘤轉(zhuǎn)移的潛在治療靶點。

文章上線截圖
長非編碼RNA(long non-coding RNA, 簡稱lncRNA)是一類長度大于200個核苷酸的非編碼RNA,在哺乳動物中大量表達,是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的重要調(diào)控因子。目前已發(fā)現(xiàn)多種長非編碼RNA在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中起到重要作用。
HOTAIR(HOX antisense intergenic RNA)就是一種長度為2.2 kb的長非編碼RNA,在乳腺癌等多種癌癥中都有過表達,是腫瘤細胞發(fā)生轉(zhuǎn)移和擴散及造成死亡的預(yù)測因子,那么HOTAIR是否適合作為癌癥的治療靶點呢?目前諸多研究顯示HOTAIR能夠調(diào)控細胞的表觀遺傳狀態(tài),但是調(diào)控機制尚未完全清楚。在表觀遺傳調(diào)控中,存在一種“表觀遺傳記憶”機制,即一些表觀遺傳調(diào)控因子能誘導細胞基因表達譜長期穩(wěn)定的改變,即使這些表觀遺傳調(diào)控因子不再持續(xù)表達。那么HOTAIR誘導的表觀遺傳狀態(tài)的變化是否存在長期的“表觀遺傳記憶”,這也關(guān)系到HOTAIR是否能成為抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移的治療靶點。
為了解決上述問題,本研究構(gòu)建了誘導型過表達人類HOTAIR基因的小鼠模型,并將其與能自發(fā)產(chǎn)生乳腺腫瘤的小鼠雜交,最終得到了既能誘導過表達人類HOTAIR又能自發(fā)產(chǎn)生乳腺腫瘤的小鼠模型。通過該小鼠模型,該研究展示了人類HOTAIR在小鼠中過表達不影響小鼠乳腺腫瘤的增殖,但能促使乳腺腫瘤向肺部轉(zhuǎn)移(圖1)。說明了雖然人類HOTAIR基因和小鼠同源基因在序列上很不一致,但是在功能上仍具有高度的保守性,且該小鼠模型可用于研究人類HOTAIR基因在體內(nèi)的功能機制。
接下來,本研究從該小鼠的腫瘤組織中分離出乳腺癌細胞,稱為iHOT細胞,該細胞在加入誘導劑Dox后能過表達HOTAIR,而撤掉誘導劑后,HOTAIR表達量很快降回原本水平,由此得到了一種可以控制HOTAIR表達量的乳腺癌細胞。通過表型實驗發(fā)現(xiàn),該細胞在誘導過表達HOTAIR后轉(zhuǎn)移能力增強,而HOTAIR表達降低后,轉(zhuǎn)移能力也隨之減弱(圖2)。
該研究進一步分析了基因表達和染色質(zhì)開放性情況,發(fā)現(xiàn)HOTAIR過表達能調(diào)控大量細胞轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的染色質(zhì)開放性和表達變化;而撤掉HOTAIR以后,這些染色質(zhì)開放性和基因表達改變都能回復到初始狀態(tài)(圖3)。這說明HOTAIR誘導的表觀遺傳狀態(tài)的改變不具有長期的“表觀遺傳記憶”效應(yīng)。這些結(jié)果也說明了HOTAIR可以作為一個潛在的抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的直接治療靶點。
中科院深圳先進院合成所馬晴研究員、斯坦福大學Howard Y. Chang教授和上海交通大學李令杰教授為本文共同通訊作者,馬晴研究員、其課題組助理研究員楊柳依和斯坦福大學Karen Tolentino為共同一作。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省合成基因組學重點實驗室、深圳市合成基因組學重點實驗室、中國科學院戰(zhàn)略性先導B培育項目、深圳合成生物學創(chuàng)新研究院等多個項目的支持。

圖1. 誘導過表達HOTAIR促使小鼠乳腺腫瘤向肺轉(zhuǎn)移,但不影響原始腫瘤的重量和數(shù)量

圖2. iHOT乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移能力隨著HOTAIR表達量變化而變化

圖3. HOTAIR誘導的基因表達和染色質(zhì)開放性變化也隨著HOTAIR降低而恢復
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