前列腺癌（PCa）是国内外最常见的男性恶性肿瘤之一。到目前为止，由于疾病的异质性，PCa治疗仍然面临巨大挑战。现今越来越多的研究表明二甲双胍可能是PCa的潜在辅助治疗药物，但同时也有部分临床试验提出二甲双胍治疗PCa的疗效并不确定。调研发现二甲双胍治疗失败可能归因于高频率的转录失调，从而导致前列腺癌细胞对二甲双胍产生抗性。然而，其中的分子调控机制仍不清楚。

 

 

 

期刊：Signal Transduct Target Ther

影响因子：39.3

研究团队：广州市第一人民医院钟惟德教授及叶剑恒博士后团队

  

近日，华南理工大学广州市第一人民医院钟惟德教授及叶剑恒博士后团队在国际权威学术期刊Signal Transduct Target Ther上在线发表题为“Metformin escape in prostate cancer by activating the PTGR1 transcriptional program through a novel super-enhancer”的原创性研究论文。该研究首次表明：（1）超级增强子通过与关键转录因子SRF和RUNX3结合，上调了DU145-MetR细胞中PTGR1的表达；（2）PTGR1表达的增加通过促进从G0/G1向S和G2/M期的进展来加速细胞周期的进展，降低了二甲双胍对PCa的抑制作用。表观生物为此研究提供了mRNA-seq和ChIP-seq技术服务。

 

研究者通过体外细胞模型的构建发现前列腺癌细胞可对二甲双胍的长期刺激产生抗性（命名为MetR细胞）。有趣的是，停药30天后，这些MetR细胞恢复了对二甲双胍的敏感性，这表明二甲双胍耐药性可能是一种暂时的非突变细胞表型。通过功能实验和RNA-seq分析，发现PCa细胞中的二甲双胍耐药性可能与细胞周期和代谢重编程的变化有关（图1和图2）。
 

 

图2. 前列腺癌细胞及其二甲双胍耐药细胞的RNA-seq生信分析（表观生物提供）

 

基于H3K27ac ChIP-Seq数据，研究者在DU145-MetR 细胞和 22RV1-MetR 细胞中鉴定出了 281 个超级增强子（SEs） 和 7788 个典型增强子（TEs），以及 643 个SEs和 10610 个TEs （见图 3）。此外，在 DU145-MetR 细胞和 22RV1-MetR 细胞中，分别有 269 个和 603 个基因被注释为与 SEs 相关的基因。组合热图显示在两种 MetR 细胞系中，SEs 中 H3K27ac 的增加明显高于 TEs （图3）。虽然 MetR 细胞中 SEs 的数量比 TEs 少得多，但与 SEs 相关的基因的表达水平显著高于与 TEs 相关的基因 （图3）。综上所述，研究者的数据表明SEs 和它们的靶基因的异常激活可能是前列腺癌细胞对二甲双胍耐药的原因。

图3. 前列腺癌细胞及其二甲双胍耐药细胞的RNA-seq和H3K27ac ChIP-Seq分析（表观生物提供）

 

进一步联合单细胞转录组测序结果和H3K27ac ChIP-Seq，研究者发现关键基因前列腺素还原酶1（PTGR1）在DU145二甲双胍耐药细胞群（DU145-MetR）中上调，并且与二甲双胍耐药性有关。数据分析显示位于 PTGR1 的转录起始位点上游约10 kb的位置具有最高强度信号的组成增强子，并将它们命名为E1和E2 （图4），同时通过双荧光素酶报告实验证实E1、E2元件对该启动子活性具有增强作用（图4）。进一步利用Homer 进行基序分析以及其他功能实验证实PTGR1上游的新生的SE与关键转录因子SRF和RUNX3结合，使其表达上调，PTGR1促进细胞周期从G0/G1期进展到S/G2M期来降低二甲双胍治疗的疗效。

图4 超级增强子结合关键转录因子 SRF 和 RUNX3 调控PTGR1的表达

 

作者介绍

华南理工大学广州市第一人民医院钟惟德教授、韩兆冬主任及加州大学河滨分校贾震宇教授为共同通讯作者，叶剑恒博士后、蔡尚桦博士、冯源发博士为共同第一作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、澳门特别行政区科技发展基金等项目的资助。

原文：Ye J,  Cai S,  Feng Y, et al.  Metformin escape in prostate cancer by activating the PTGR1 transcriptional program through a novel super-enhancer. Signal Transduct Target Ther 2023 Aug 16;8(1). 

 

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