解码三维染色质结构揭示前列腺癌中层级基因调控背后的不同增强子类别

背景：转录过程受非编码调控元件控制，其中超过70%是推定增强子。这些增强子包含超过600,000个区域，并以组蛋白修饰为标志。然而，癌症中改变的增强子在三维染色质结构中协同驱动致癌程序的机制仍知之甚少。结果：通过整合来自前列腺的201个H3K27ac ChIP-seq数据集，我们鉴定了3,216个高置信度的前列腺癌特异性推定增强子。在代表性的chr6q24.1位点使用Region Capture Micro-C进行超高分辨率染色质相互作用分析，揭示了这些增强子与启动子形成癌症特异性的、高度嵌套的相互作用，这些相互作用凝聚成一个在正常前列腺细胞中不存在的多连接hub。对这些增强子逐一进行CRISPR/Cas9扰动，区分了hub内的增强子类别。删除一个中央增强子会导致hub范围内增强子活性和架构的崩溃，导致靶基因下调、增殖受损和克隆形成减少。相比之下，删除一个冗余增强子仅导致最小的转录变化，因为邻近增强子通过补偿性架构重连增强了替代的增强子-启动子相互作用，从而挽救了癌症信号。我们还观察到FOXA1，一种在前列腺癌中激活的先驱转录因子，直接结合这些增强子并调节不同的增强子类别，导致染色质可及性和基因表达变化程度不同。结论：这些发现表明，增强子以协调的方式发挥作用，形成多连接的癌症特异性染色质相互作用hub，不同的增强子类别对基因调控的贡献不同。这项研究提高了我们以细胞类型特异性方式调节基因表达的能力，为精准治疗开辟了新途径。