基本信息 

文章题目：Genome-Wide Histone H3K27 Acetylation Profiling Identified Genes Correlated With Prognosis in Papillary Thyroid Carcinoma

期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology 

影响因子：5.201

发表时间：2021年6月11日

  背景信息  

甲状腺癌是最常见的内分泌恶性肿瘤，甲状腺乳头状癌是甲状腺癌最常见的亚型，占所有甲状腺癌病例的85-90%，发病率逐年上升。目前已经认识到增强子和超级增强子是癌症基因转录调节因子的重要组成部分。越来越多的研究表明了增强子驱动转录调控在肿瘤发病机制中的作用。目前对甲状腺乳头状癌的H3K27ac表观研究和增强子功能尚不清楚。作者使用ChIP-seq和RNA-seq方法对甲状腺乳头状癌和甲状腺良性结节组织进行研究，比较这两组的表观基因组特征和超级增强子，为甲状腺乳头状癌的诊断和预后提供理论支持。

图1

2、超级增强子调控基因在甲状腺乳头状癌和甲状腺良性结节中的差异

本研究在PTC中共鉴定出3369个超级增强子，在BTN中共鉴定出3366个超级增强子，其中PTC和BTN分别鉴定出367个和364个特有的超级增强子(图2A)。超级增强子基因组位点划分为PTC-specific和BTN-specific，BTN超级增强子在PTC-specific基因组位点上的H3K27ac信号峰显著低于PTC，这与BTN-specific超级增强子基因组位点的情况相反(图2B)。

增强子根据其H3K27ac信号进行排序如图2C。将超级增强子分配到其假定的靶基因上，然后进行富集分析，GO分析显示PTC的这些超级增强子邻近基因参与了一些免疫相关通路，如免疫细胞激活和免疫应答，其他相关通路包括ERK1和ERK2级联正向调节，NF-kappa B转录因子活性的调控；BTN-specific的GO分析表明参与转录、细胞迁移、细胞生长等负调控通路(图2D)。KEGG通路分析显示超级增强子PTC邻近基因参与一些免疫相关和肿瘤相关通路(图2E)。

图2

3、甲状腺乳头状癌和甲状腺良性结节的转录组分析

对甲状腺样本进行转录组测序分析，并确定两组基因表达的组织特异性；PTC特异性差异表达基因有2019个，而BTN中表达较高的基因有800个(图3A和3B)。KEGG富集分析显示PTC高表达的基因主要富集免疫功能，例如T细胞受体信号通路、趋化因子信号通路、抗原处理和呈递等；而BTN特异性基因在Rap1信号通路、钙信号通路和矿物质吸收等中均有表达（图3C）。GO富集分析表明PTC中表达较高的基因主要参与免疫反应、炎症反应等通路；BTN样品在氧化还原过程、细胞缺氧反应、细胞对锌离子反应等代谢途径中表达较高(图3D)。两组间差异表达基因火山图如图3E所示，在PTC-specific和BTN-specific中分别发现了一些已知的致癌基因和抑癌基因(图3E)。GSEA分析显示PTC特异性基因在肿瘤相关通路如NF-kappa B中显著富集，而BTN特异性基因在代谢相关通路中富集(图3F)；此外，GSEA分析表明PTC特异性基因在免疫相关通路富集(图3G)。

图3

超级增强子被分配到最邻近的基因上，超级增强子相关基因在组织中表达量较高。与BTN组织相比，癌基因ALOX5和ELF3在PTC组织中高表达(图4A和4C)。此外，TCGA和GTEx数据显示，与邻近甲状腺组织和正常甲状腺组织相比，甲状腺癌中ALOX5和ELF3水平更高(图4B和4D)。SLCO2A1和ARHGAP24的ChIP-seq和RNA-seq信号轨迹显示出广泛的BTN-specific超级增强子(图4E和4G)；与PTC和TC相比，BTN和正常甲状腺组织中均有较高的表达(图4F和4H)。

4、鉴定对表观遗传药物敏感并与甲状腺乳头状癌预后相关的基因

整合ChIP-seq和RNA-seq数据，将典型的增强子和启动子映射到假定的靶标上。如图5A所示，在PLXNC1的基因组位置上，PTC样本比BTN样本具有更强的H3K27ac信号；RNA-seq显示PLXNC1在PTC中的表达高于BTN样本(图5A)。分析TCGA和GTEx数据时，PTC中PLXNC1的表达高于正常对照(图5B)。相比之下，CD36和TRPC6在BTN中的H3K27ac信号明显强于PTC(图5C-5F)。用BRD4抑制剂JQ1治疗甲状腺癌细胞可以显著降低PLXNC1基因和一些PTC-specific基因的表达，而组蛋白去乙酰化酶抑制剂SAHA治疗可诱导甲状腺癌细胞系中CD36和TRPC6的表达显著增加(图5G)。此外，在PTC晚期CD36和TRPC6低表达(图5H)，并与PTC患者较差的无病生存相关(图5I)，研究显示这些基因是PTC复发的潜在预测因子。