基于HiChIP的表观基因组足迹分析鉴定UXS1启动子变异赋予胃食管癌遗传易感性

HiChIP-Based Epigenomic Footprinting Identifies a Promoter Variant of UXS1 That Confers Genetic Susceptibility to Gastroesophageal Cancer

作者信息Ansley Gnanapragasam, Eftyhios Kirbizakis, Anna Li, Kyle H White, Katelyn L Mortenson, Juliana Cavalcante de Moura, Wajih Jawhar, Yifei Yan, Reilly Falter, Colleen Russett, Betty Giannias, Sophie Camilleri-Broët, Nicholas Bertos, Jonathan Cools-Lartigue, Livia Garzia, Veena Sangwan, Lorenzo Ferri, Xiaoyang Zhang, Swneke D Bailey
PMID38748784
发布时间2024-07-15
DOI10.1158/0008-5472.CAN-23-2397

实验完整度

包含H3K27ac HiChIP、ChIPmentation、CRISPRi功能验证、荧光素酶报告基因实验等多个独立证据层级,并有患者样本验证。

主要模型

AGS细胞系 OE33细胞系 KYSE140细胞系 GEA患者肿瘤及匹配癌旁组织

重点核对

H3K27ac HiChIP在AGS、OE33和KYSE140细胞系中鉴定染色质相互作用和NFR GEA患者肿瘤及匹配癌旁组织的H3K27ac ChIPmentation验证NFR CRISPRi抑制UXS1启动子后AGS、MKN45和MKN74细胞活力变化 荧光素酶报告基因实验验证rs147518036变异等位基因对启动子活性的影响 GABPA siRNA敲低验证GABPA对变异等位基因介导的UXS1表达增加的作用

摘要

全基因组关联研究(GWAS)已鉴定出超过一百个与胃食管癌(GEC)风险相关的单核苷酸变异(SNV)。大多数已鉴定的SNV位于基因组的非编码区域。揭示因果SNV及其调控的基因有助于改善GEC的预防和治疗。在此,我们使用针对组蛋白3赖氨酸27乙酰化(H3K27ac)的HiChIP,在单一测定中同时注释活性启动子和增强子,鉴定它们之间的相互作用,并检测含有潜在因果SNV的无核小体区域(NFR)。H3K27ac HiChIP在GEC相关模型中的应用鉴定出61个位于NFR中并与17个位点的49个基因相互作用的潜在功能性SNV。该方法使这17个位点的连锁不平衡SNV数量减少了67%,并且在7个位点中,鉴定出单个假定因果SNV。其中一个SNV rs147518036位于UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶1(UXS1)基因的启动子内,似乎构成了rs75460256指数SNV所捕获的GEC风险关联的基础。rs147518036 SNV创建了一个GABPA DNA识别基序,导致启动子活性增加,而CRISPR介导的UXS1启动子抑制降低了GEC细胞的活力。这些发现提供了一个框架,简化了风险相关位点下潜在功能性调控SNV和靶基因的鉴定。此外,该研究提示UXS1酶的表达增加及其代谢途径的激活是胃癌的易感因素,这突出了治疗该疾病的潜在治疗途径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何从胃食管癌风险相关位点中识别因果SNV及其靶基因,并揭示其功能机制?
核心机制
rs147518036 SNV创建了一个GABPA DNA识别基序,增强GABPA结合,导致UXS1启动子活性增加,UXS1表达上调,从而促进胃食管癌的发生。
主要证据
H3K27ac HiChIP和ChIPmentation鉴定了NFR内的rs147518036;荧光素酶报告基因实验显示变异等位基因增加启动子活性;GABPA siRNA敲低逆转该效应;CRISPRi抑制UXS1启动子降低GEC细胞活力。
研究意义
该研究为从风险相关位点中鉴定功能性调控SNV和靶基因提供了框架,并提示UXS1及其代谢途径可作为胃食管癌的潜在治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

GEC风险位点选择与LD计算

从GWAS目录中筛选与胃食管癌相关的索引SNV,并确定其连锁不平衡SNV。

从NHGRI-EBI GWAS Catalog下载所有报道的GEC关联索引SNV,过滤达到全基因组显著性的SNV,利用1000基因组计划数据计算欧洲和东亚人群中的LD(r2≥0.8)。

2

癌症依赖基因分析

评估GEC风险位点是否富集选择性癌症依赖基因。

利用DepMap公开的CRISPR筛选数据,计算LRT评分,确定癌症依赖基因阈值,并通过置换检验比较GEC风险位点与随机SNV位点中癌症依赖基因的富集程度。

3

H3K27ac HiChIP实验与数据处理

在GEC相关细胞系中同时注释活性增强子和启动子,并鉴定其相互作用,以缩小候选SNV范围。

在AGS、OE33和KYSE140细胞系中进行H3K27ac HiChIP实验,鉴定染色质相互作用,使用HisTrader预测NFR,并与GEA患者肿瘤及癌旁组织的H3K27ac ChIPmentation数据进行对比。

4

功能SNV的筛选与优先级排序

整合HiChIP数据和癌症依赖基因信息,确定最可能的因果SNV及其靶基因。

将HiChIP相互作用、NFR和DepMap癌症依赖基因数据整合,筛选位于NFR中且与癌症依赖基因互作的SNV。鉴定出rs147518036作为UXS1的潜在因果SNV。

5

UXS1作为癌症依赖基因的功能验证

验证UXS1启动子抑制对细胞活力的影响,并确认UXS1是选择性依赖基因。

使用CRISPRi在AGS、MKN45和MKN74细胞中抑制UXS1启动子,检测UXS1表达和细胞活力;进行回补实验验证特异性。

6

rs147518036的功能验证

验证rs147518036变异等位基因对UXS1启动子活性的影响及其依赖GABPA的机制。

构建包含UXS1启动子的荧光素酶报告载体,通过定点突变引入变异等位基因,比较参考和变异等位基因的荧光素酶活性;使用siRNA敲低GABPA,观察对变异等位基因效应的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
H3K27ac抗体Abcamab4729
链霉亲和素C1磁珠----
Illumina Tagment DNA酶和缓冲液试剂盒Illumina--
NEB Q5预混液NEB--
Diagenode H3K27ac ChIP-seq级抗体DiagenodeC15410174
Diagenode Auto ChIPmentation组蛋白试剂盒DiagenodeC01011009
Diagenode IP-Star Compact自动化系统DiagenodeSX8G
Agencourt AMPure XP磁珠Beckman CoulterA63880
Agilent SureSelectXT试剂盒AgilentG9611A
Protein A磁珠ThermoFisher Scientific10001D
Diagenode Bioruptor Pico超声破碎仪DiagenodeB01060010
pGL4.23-luc2质粒PromegaE8411
海肾荧光素酶质粒PromegaE6911
Dual-Glo荧光素酶检测系统PromegaE2920
NEB Stable感受态大肠杆菌NEBC3040H
Geneaid Presto Mini质粒提取试剂盒GeneaidPDH100
NEB HindIII-HF限制酶NEBR3104F
NEB NcoI-HF限制酶NEBR3193S
Macherey–Nagel NucleoSpin凝胶和PCR纯化试剂盒Macherey–Nagel740609.250
Takara Bio CloneAmp HiFi PCR预混液Takara Bio639298
Takara Bio In-Fusion无缝克隆系统Takara Bio638948
Agilent QuikChange II XL定点突变试剂盒Agilent200521
X-tremeGENE HP DNA转染试剂RocheXTGHP-RO
Opti-MEM减血清培养基Gibco31935070
Silencer Select GABPA siRNAAmbion4392420
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778150
lenti-dCas9-KRAB-MeCP2慢病毒载体----
PAX2包装质粒----
VSV-G包膜质粒----
Takara Lenti-X GoStix PlusTakara631280
Takara Lenti-X浓缩液Takara631232
Sigma杀稻瘟菌素S盐酸盐Sigma15205-25MG
lentiGuide载体Addgene52963
pCW57.1-Puro载体Addgene41393
QIAamp RNA血液迷你试剂盒Qiagen74004
SuperScript IV逆转录酶Invitrogen18090010
QX200 EvaGreen ddPCR预混液Bio-Rad1864034
QX200微滴读取器Bio-Rad1864003
SsoAdvanced通用SYBR Green预混液Bio-Rad1725271
CFX Opus 96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad12011319
抗UXS1抗体InvitrogenPA5-31629
抗纽蛋白抗体Bio-RadMCA465GA
HRP标记的抗兔IgGAbcamab6721
HRP标记的抗小鼠IgGCST7076P2
Clarity Western ECL底物Bio-Rad170-5060
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
比色MTS检测试剂Abcamab197010
Tecan i2000分光光度计Tecan--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
H3K27ac HiChIP
细胞系(AGS、OE33、KYSE140)、H3K27ac抗体用量(7.5μg/HiChIP)、酶切(MboI)、生物素标记、连接、超声条件(QSonica 800, 50%振幅,30秒开/关,10个循环)、测序平台(Illumina NextSeq/NovaSeq)
阅读提示:Materials and Methods: H3K27ac HiChIP实验部分
ChIPmentation
患者肿瘤细胞含量(>50%)、固定(1%甲醛)、超声(Diagenode Bioruptor Pico,15分钟,10秒开/20秒关)、H3K27ac抗体(Diagenode C15410174)、自动化系统(IP-Star Compact SX8G)
阅读提示:Materials and Methods: ChIPmentation of patient tissue samples
CRISPRi
细胞系(AGS、MKN45、MKN74)、sgRNA序列(靶向UXS1启动子)、dCas9-KRAB-MeCP2慢病毒、筛选抗生素浓度(blasticidin 10μg/mL,puromycin 7μg/mL,zeocin 1.2μg/mL)
阅读提示:Materials and Methods: CRISPRi of UXS1 promoter
荧光素酶报告基因实验
细胞系(AGS)、转染试剂(X-tremeGENE HP,0.55μL)、质粒量(pGL4.23 0.5μg,Renilla 0.05μg)、GABPA siRNA(5pmol)、RNAiMAX(1.5μL)、检测时间点(转染后48小时)
阅读提示:Materials and Methods: Luciferase promoter activity assay
增殖实验
细胞系(AGS、MKN45、MKN74)、细胞接种密度(AGS 2000细胞/孔)、检测时间点(AGS在24,48,72,96小时;其他细胞在72小时)、MTS试剂孵育(1小时,37°C)
阅读提示:Materials and Methods: Proliferation assay