PWK 遗传背景重编程 Neu 驱动乳腺肿瘤的异染色质与恶性上皮状态
PWK genetic background reprograms heterochromatin and malignant epithelial states in Neu-driven mammary tumors
PWK 遗传背景加速 NeuT 小鼠乳腺肿瘤发生,并重塑其转录与染色质景观。相比 BALB NeuT,PWK 肿瘤免疫相关基因表达下降、上皮分化与神经元样程序上升,H3K9me3 与 H4K20me3 标记在表达基因区耗尽、重新集中于基因间和重复序列区。单细胞多组学显示两品系恶性上皮状态存在品系偏向并呈现不同的转化轨迹,提示遗传背景通过异染色质重塑影响肿瘤发生。
在MMTV启动子驱动下表达活化c-neu/HER2的转基因小鼠是乳腺癌研究的经典体系,但同样携带活化癌基因,肿瘤发生的模式却大相径庭:有的品系中整个腺体上皮同步发生多克隆腺癌,提示活化c-neu一步即可诱导恶性转化 [1];有的品系则要经历5–10个月潜伏期,肿瘤才随机、异步地出现,说明癌基因必要而不充分 [3]。为解释这种差异,人们用插入突变策略找到了Notch1等协作因子 [5],发现敲除不同Akt亚型对ErbB2/neu驱动的成瘤速度有截然相反的影响 [6],并以四环素开关系统证明Neu驱动的原发瘤和肺转移在撤除转基因表达后可完全消退,而复发瘤最终进展为Neu非依赖状态 [2]。这些工作集中于癌基因及其协作通路,而种系遗传变异如何重塑允许肿瘤发生的调控景观,始终缺乏系统刻画。
新研究抓住了NeuT模型中一个醒目的现象:PWK遗传背景显著加速乳腺肿瘤发生。作者将PWK NeuT与BALB NeuT肿瘤并排比较——后者已有较多表征,其肿瘤负荷伴随未成熟髓系细胞扩增并抑制T细胞应答 [4]——并联合肿瘤水平RNA-seq、组蛋白ChIP-seq和单细胞多组学(转录与染色质可及性联测)进行分析。PWK肿瘤呈现广泛的转录重编程:免疫相关表达降低,上皮分化与神经元样程序增强。染色质变化并非整体增强或减弱,而是空间再分布:H3K9me3与H4K20me3相关的组成型异染色质总体扩张,却在许多表达基因上耗竭,转而集中于选定的基因间区和重复序列富集区域,表现为协同的异染色质重分布。单细胞层面,两品系的广义上皮构成相近,但特定恶性状态强烈偏向某一品系;RNA与可及性的整合分析鉴定出一致的品系选择性调控程序和候选位点,轨迹分析进一步揭示两品系肿瘤经历不同的上皮状态转变。
相对于以往在单个协作基因 [5] 或信号通路 [6] 层面理解Neu成瘤的时间与行为差异,这项工作把解释层次上移到了表观基因组与细胞状态:在完全相同的癌基因驱动下,遗传背景能够同时重塑转录程序、异染色质组织与恶性上皮的分化轨迹,从而为品系依赖的肿瘤潜伏期差异提供了一个调控框架。
当然,哪些种系变异驱动这种重编程、所鉴定的候选位点是否具有因果作用,以及异染色质重排究竟是加速成瘤的原因还是伴随结果,仍是有待功能实验回答的开放问题。
- 1.Single-step induction of mammary adenocarcinoma in transgenic mice bearing the activated c-neu oncogene · Cell 1988
- 2.Conditional activation of Neu in the mammary epithelium of transgenic mice results in reversible pulmonary metastasis · Cancer Cell 2002
- 3.Stochastic appearance of mammary tumors in transgenic mice carrying the MMTV/c-neu oncogene · Cell 1989
- 4.Myeloid cell expansion elicited by the progression of spontaneous mammary carcinomas in c-erbB-2 transgenic BALB/c mice suppresses immune reactivity · Blood 2003
- 5.Involvement of Notch1 in the development of mouse mammary tumors · Oncogene 1999
- 6.Akt1 ablation inhibits, whereas Akt2 ablation accelerates, the development of mammary adenocarcinomas in mouse mammary tumor virus (MMTV)-ErbB2/neu and MMTV-polyoma middle T transgenic mice · Cancer Res 2007
来源:bioRxiv Cancer Biology · biorxiv.org