从三维基因组维度揭示胶质母细胞瘤发生的奥秘#

文献名称： Computational and Structural Biotechnology Journal

仅准备两个细胞系，应用Hi-C技术直击疾病发生机制的招牌案例，新鲜出炉！

本篇文章应用Hi-C、RNA、WGS、ChIP多组学的联合研究，从染色质构象的差异出发，提出SVs的插入上调了致癌基因的表达并对发现进行了验证。该篇文章很好地解析了应用高分辨率Hi-C 进行数据挖掘必要性的问题。只有临床样本才能发出高分文章？转录组研究倦了想换个方向？表观和三维基因组的研究就从这里启航吧！高分文章秘籍带你一文掌握~

2022年4月，中南大学湘雅医院杨其老师联合安诺优达于Computational and Structural Biotechnology Journal（IF:7.271）在线发表了题为“Alterations in 3D chromatin organization contribute to tumorigenesis of EGFR-amplified glioblastoma”的研究文章。研究者对EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤细胞系的3D基因组图谱进行绘制，并联合多组学数据分析，阐明了EGFR基因拷贝数变异对胶质母细胞瘤疾病发展的推动机制。安诺优达为本次研究提供Hi-C建库测序、RNA-seq建库测序、ChIP-seq建库测序和全基因组测序（WGS）以及分析服务，安诺优达刘涛为文章共同作者。

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  • 题目：三维染色质结构改变促进EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤的发生

  • 期刊：Computational and Structural Biotechnology Journal

  • 时间：2022年4月

  • IF: 7.271

研究背景#

多形性胶质母细胞瘤（GBM）是一种高度恶性的脑肿瘤。其中，半数以上的胶质母细胞瘤患者存在EGFR拷贝数增加和/或突变。然而，在EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤中，染色质相互作用的作用及其对基因表达的调节尚不清楚。

样本选择#

EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤源性A172细胞系

正常胶质细胞HA1800细胞系

技术路线#

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研究结果#

EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤细胞中染色质三维结构发生显著变化

染色质互作频率变化可能导致癌症基因组的不稳定性。A172细胞中染色质反式互作频率显著增加，着丝粒周围的染色体间相互作用也有所增加，基因组结构更独立。

在A/B compartment层面，B-to-A区段的基因富集于肿瘤生长、促进癌基因激活通路中。例如，HOX基因家族在胶质瘤和许多其他实体瘤中具致癌性。而A172中，HOX发生了B-to-A转变且表达显著升高。（注：A compartment主要是常染色质-转录活跃区域，B compartment主要是异染色质-转录抑制区域。）

TAD通常处于稳定状态，而在胶质母细胞瘤发生与3D基因组细微的改变有关。A172中原有的边界消失，双TAD合并，增加了TAD间相互作用并诱导了胶质瘤的潜在促癌基因表达。

染色质环改变会造成癌基因和肿瘤抑制因子差异表达，两种细胞系中都有不同的表达模式，正说明了染色质环改变在肿瘤发生的双重作用，即癌基因和抑癌基因的双向调节。

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图1 HA1800和A172的染色质环比较和差异表达情况

基因组结构变异重塑染色质三维构象并上调EGFR的表达

EGFR拷贝数增加对疾病的影响并不仅仅表现在胶质母细胞瘤上，研究已证实EGFR基因拷贝数变异与肺腺癌、肺鳞癌、大细胞肺癌密切相关。那么EGFR拷贝数变异是如何导致其表达量上调并影响癌症发展？

首先，在变异水平上，体细胞基因组结构的变化可能会导致癌细胞发生巨大的变化。WGS、Hi-C、ChIP-seq明确了A172中发生了大片段插入并且改变了染色质构象。去除染色质环的影响后，A172的LINC01446和EGFR间仍存在特异性相互作用，这可能是一个表观遗传激活信号。

同样地，RNA-seq分析中，A172中LINC01446和EGFR的基因表达被上调。原有HA1800中，LINC01446附近增强子并未与EGFR启动子产生相互作用，二者处在不同的TAD区域；而在插入SVs后， A172产生新的的TAD，TAD内部LINC01446和EGFR的增强子-启动子相互作用发生连结，最终实现了LINC01446附近的增强子上调EGFR表达的结果。

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图2 neo-TAD连接LINC01446和EGFR的新型增强子-启动子相互作用激活EGFR表达

不同水平染色质构象改变对胶质母细胞瘤转录的影响

染色质环变化在转录调控中起着主要作用。染色质构象改变与转录组学的基因表达息息相关，比较稳定的Compartment到改变的Compartment、改变的TAD边界、染色体环改变三个层面中，染色质环的变化引发差异基因表达的变化最显著的。

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图3 HA1800和A172间整体的构象改变情况

研究结论#

EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤源性A172基因组的3D染色质结构发生了变化。肿瘤发生过程中，癌症基因组的重塑发生在基因组折叠的所有层级，从而调节致癌转录，并削弱肿瘤抑制因子。癌症基因组中的体细胞SVs对染色质构象有重大影响。EGFR复制在LINC01446和EGFR之间产生neo-TAD，并和新的增强子启动子相互作用，提高了EGFR的表达。这是第一个将组织学同源的EGFR拷贝数增加的胶质母细胞瘤与正常胶质细胞进行比较的多组学研究，为今后肿瘤发生中染色质相互作用与转录组相关研究提供了宝贵的资源。

参考文献：#

[1] Qi Y , Nja B , Han Z , et al. Alterations in 3D chromatin organization contribute to tumorigenesis of EGFR -amplified glioblastoma[J]. Computational and Structural Biotechnology Journal, 2022.

[2]Chang H , Yang Y , et al. Epidermal growth factor receptor gene amplification predicts worse outcome in patients with surgically resected nonadenocarcinoma lung cancer[J]. Clinical Lung Cancer, 2019.

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037022001246

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