eLife | lncRNA HOTAIR小鼠模型解析其促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的機(jī)制
北京時(shí)間12月29日,中科院深圳先進(jìn)院馬晴研究員課題組與斯坦福大學(xué)Howard Chang實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)李令杰課題組合作,在國(guó)際學(xué)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(dǎo)過(guò)表達(dá)人類長(zhǎng)非編碼RNA HOTAIR的小鼠模型。通過(guò)該小鼠模型,該研究展示了HOTAIR過(guò)表達(dá)能影響腫瘤細(xì)胞的染色質(zhì)開(kāi)放性程度,從而調(diào)控基因表達(dá),并最終促使小鼠乳腺腫瘤向肺部轉(zhuǎn)移。更重要的是,通過(guò)撤除誘導(dǎo)劑來(lái)取消HOTAIR的過(guò)表達(dá)水平后,細(xì)胞的染色質(zhì)開(kāi)放性和基因表達(dá)改變都能有所回復(fù),且細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力也會(huì)降至原來(lái)的水平,這說(shuō)明該促使乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的過(guò)程需要HOTAIR的持續(xù)表達(dá)來(lái)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(diǎn)。

文章上線截圖
長(zhǎng)非編碼RNA(long non-coding RNA, 簡(jiǎn)稱lncRNA)是一類長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA,在哺乳動(dòng)物中大量表達(dá),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(zhǎng)非編碼RNA在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起到重要作用。
HOTAIR(HOX antisense intergenic RNA)就是一種長(zhǎng)度為2.2 kb的長(zhǎng)非編碼RNA,在乳腺癌等多種癌癥中都有過(guò)表達(dá),是腫瘤細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散及造成死亡的預(yù)測(cè)因子,那么HOTAIR是否適合作為癌癥的治療靶點(diǎn)呢?目前諸多研究顯示HOTAIR能夠調(diào)控細(xì)胞的表觀遺傳狀態(tài),但是調(diào)控機(jī)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(jī)制,即一些表觀遺傳調(diào)控因子能誘導(dǎo)細(xì)胞基因表達(dá)譜長(zhǎng)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(dá)。那么HOTAIR誘導(dǎo)的表觀遺傳狀態(tài)的變化是否存在長(zhǎng)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(diǎn)。
為了解決上述問(wèn)題,本研究構(gòu)建了誘導(dǎo)型過(guò)表達(dá)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(dǎo)過(guò)表達(dá)人類HOTAIR又能自發(fā)產(chǎn)生乳腺腫瘤的小鼠模型。通過(guò)該小鼠模型,該研究展示了人類HOTAIR在小鼠中過(guò)表達(dá)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(shuō)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(jī)制。
接下來(lái),本研究從該小鼠的腫瘤組織中分離出乳腺癌細(xì)胞,稱為iHOT細(xì)胞,該細(xì)胞在加入誘導(dǎo)劑Dox后能過(guò)表達(dá)HOTAIR,而撤掉誘導(dǎo)劑后,HOTAIR表達(dá)量很快降回原本水平,由此得到了一種可以控制HOTAIR表達(dá)量的乳腺癌細(xì)胞。通過(guò)表型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該細(xì)胞在誘導(dǎo)過(guò)表達(dá)HOTAIR后轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng),而HOTAIR表達(dá)降低后,轉(zhuǎn)移能力也隨之減弱(圖2)。
該研究進(jìn)一步分析了基因表達(dá)和染色質(zhì)開(kāi)放性情況,發(fā)現(xiàn)HOTAIR過(guò)表達(dá)能調(diào)控大量細(xì)胞轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的染色質(zhì)開(kāi)放性和表達(dá)變化;而撤掉HOTAIR以后,這些染色質(zhì)開(kāi)放性和基因表達(dá)改變都能回復(fù)到初始狀態(tài)(圖3)。這說(shuō)明HOTAIR誘導(dǎo)的表觀遺傳狀態(tài)的改變不具有長(zhǎng)期的“表觀遺傳記憶”效應(yīng)。這些結(jié)果也說(shuō)明了HOTAIR可以作為一個(gè)潛在的抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的直接治療靶點(diǎn)。
中科院深圳先進(jìn)院合成所馬晴研究員、斯坦福大學(xué)Howard Y. Chang教授和上海交通大學(xué)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(xué)Karen Tolentino為共同一作。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市合成基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)B培育項(xiàng)目、深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

圖1. 誘導(dǎo)過(guò)表達(dá)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(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力隨著HOTAIR表達(dá)量變化而變化

圖3. HOTAIR誘導(dǎo)的基因表達(dá)和染色質(zhì)開(kāi)放性變化也隨著HOTAIR降低而恢復(fù)
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