近日，美国波士顿布莱根妇女医院哈佛医学院神经病学系的Anna M. Krichevsky研究团队在国际知名期刊《Molecular Cell》上发表了一篇题为“HOXDeRNA activates a cancerous transcription program and super enhancers via genome-wide binding”的研究论文。该研究揭示了长链非编码RNA（lncRNA）HOXDeRNA通过与EZH2结合并消除其抑制作用，在胶质瘤中激活了广泛的癌症转录程序和超级增强子，从而将星形胶质细胞转化为类似于胶质瘤干细胞的细胞。
研究背景
- **胶质瘤**：胶质瘤是一种高度恶性的脑肿瘤，其发生发展涉及复杂的分子机制。
- **HOXDeRNA**：HOXDeRNA是一种长链非编码RNA，其在胶质瘤中的具体功能尚不明确。
- **EZH2**：EZH2是多梳抑制复合物2（PRC2）的核心成分，通过甲基化组蛋白H3K27来抑制基因表达。
研究方法与发现
1. **CRISPR激活HOXDeRNA**：
- **形态变化**：通过CRISPR系统激活HOXDeRNA后，观察到星形胶质细胞从贴壁生长转变为形成球形，形态发生显著变化。
- **转录组分析**：转录组分析揭示了HOXDeRNA激活后，大量基因表达发生改变，包括细胞粘附、生长因子和酪氨酸激酶相关基因，以及35个关键的胶质瘤转录因子（TFs），如SOX2、OLIG2、EGFR、PDGFRA、BRAF和TERT等。这些基因的激活定义了转化后星形胶质细胞的转录组和胶质瘤样身份。
2. **HOXDeRNA的基因组结合**：
- **ChIRP-seq和iMARGI技术**：利用ChIRP-seq和iMARGI技术揭示了HOXDeRNA在星形胶质细胞和胶质瘤干细胞中与基因组广泛的结合，主要位于基因启动子和外显子区域。
- **PRC2标记**：HOXDeRNA结合的基因在正常脑组织和胶质瘤细胞中通常被PRC2标记沉默，但在转化后失去PRC2标记并表达上调。这表明HOXDeRNA通过与PRC2结合并去除其抑制作用来激活这些基因。
3. **超级增强子（SEs）的激活**：
- **CpG岛结合**：iMARGI和ChIRP-seq分析发现，HOXDeRNA主要与表达上调的基因的CpG岛结合，而CpG岛通常位于基因启动子区域。
- **TFs结合**：这些超级增强子（SEs）与SOX2和OLIG2等TFs的结合位点高度富集，表明这些TFs可能调节这些SEs。
- **TFs敲低**：通过敲低SOX2和OLIG2，可以显著降低胶质瘤SEs的活性，并减少球形形成，表明这些TFs对SEs的激活和星形胶质细胞的转化至关重要。
4. **HOXDeRNA与EZH2的结合**：
- **CLIP实验**：CLIP实验发现EZH2与未剪接的HOXDeRNA结合，而不是成熟型HOXDeRNA。
- **rG4结构**：通过CRISPR基因编辑，敲除HOXDeRNA中的rG4结构会降低其与EZH2的结合并减少PRC2标记的基因的激活。这些结果表明，EZH2可能招募核内的HOXDeRNA到染色质上，而rG4结构介导了这种结合。
- **功能验证**：敲除rG4-1结构会降低星形胶质细胞的转化能力，表明rG4-1结构在HOXDeRNA的转化功能中发挥重要作用。
研究意义
- **机制揭示**：该研究揭示了HOXDeRNA通过rG4结构结合EZH2并招募到PRC2标记的基因组区域，从而去除PRC2对关键胶质瘤转录因子和超级增强子的抑制，最终激活多个癌症驱动基因，驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化。
- **治疗靶点**：这项研究为胶质瘤的发病机制提供了新的见解，并为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点，特别是针对HOXDeRNA和EZH2的相互作用。
结论
综上所述，该研究揭示了长链非编码RNA HOXDeRNA在胶质瘤发生发展中的关键作用机制。HOXDeRNA通过rG4结构结合EZH2并招募到PRC2标记的基因组区域，从而去除PRC2的抑制作用，激活多个癌症驱动基因，驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化。这项研究为胶质瘤的发病机制提供了新的见解，并为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。未来的研究将进一步探索这些机制在临床中的应用潜力。
