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突破5000篇！H3K27me3如何影响癌症发展。往期，我们分享了不少组蛋白修饰的文章，今天来聊聊H3K27me3。 自2005年以来，以H3K27me3为研究对象的研究共发表5009篇文章。十年来（2014-2023），IF>10的文章为 665篇，6<IF<10的文章为 713篇， 5<IF<6 的文章为525篇。文章涉及癌症、肿瘤和生长发育等多个不同方向。
图1. H3K27me3 相关文章发表走势图（2014-2023.10.30；数据源于：PubMed）
图2. H3K27me3相关搜索热词（数据源于赛特新思）
H3K27me3是核心组蛋白H3的第27个氨基酸赖氨酸的氨基（N）末端尾部发生的组蛋白甲基化，是转录抑制标志和最为常见的甲基化修饰之一。其在决定细胞分化和增殖平衡的基因表达中起着关键作用，过量或缺乏都可能导致癌症的发生。
H3K27me3由PRC2复合体产生，该复合体由含组蛋白甲基转移酶(HMT)的SET结构域(HMT)EZH2(Zeste 增强子同源物2)或功能同源物EZH1，以及核心辅助蛋白(EED、SUZ12和RbAp48)组成。PRC2募集的机制是PRC2成分的EED对H3K27me3的识别，从而导致该标记的自繁殖。EZH2催化H3K27甲基化，导致H3K27me3和基因抑制。 组蛋白去甲基化酶UTX可特异性地去除抑制标记H3K27me3，导致相关基因的激活。组蛋白去甲基酶UTX/KMD6A和JMJD3/KDM6B从H3K27中去除二甲基和三甲基。UTX在X染色体上编码，但在女性中逃脱X失活；同时UTX和JMJD3也是干细胞分化所必需的。由于H3K27me3在基因表达的时间和空间的关键作用，因此其writers、erasers和readers的作用机制对肿瘤和细胞分化具有重要作用。
图3. H3K27me3的写入和去除[1] 基于前面的介绍，我们已经知道EZH2可催化H3K27me3的形成。EZH2的突变/过表达与多种癌症相关，包括乳腺癌、前列腺癌、淋巴瘤和卵巢癌等。现今以EZH2/ EZH1为靶点的抑制剂是不少癌症治疗的热门方向。 EZH2/EZH1为靶点的部分抑制剂药物已经进入临床研究。已上市药物包括Valemetostat、他则美司他和阿司咪唑。已进入临床II期或者I期的药物有SHR2554、CPI-1250、HH2853、tuhnimetostat和XNW5004等，此外多种药物正处于临床前阶段。
异常的表观遗传调控影响恶性肿瘤进展。H3K27me3失调又在多种癌症中被发现。那么H3K27me3具体发挥着什么样的作用呢？ 乳腺癌 三阴性乳腺癌中，化疗耐药导致乳腺癌亚型中复发风险最高。耐药状态在很大程度上由非遗传特征决定，但其潜在机制尚不清楚。通过单细胞表观基因组、转录组和谱系的研究表明H3K27me3是初始化疗损伤时癌细胞进化的代表。在未处理的细胞中，H3K4me3和H3K27me3同时启动了一个持续表达程序，H3K27me3作为其转录激活的锁。此外，消耗细胞的H3K27me3增强肿瘤细胞耐受化疗的潜力[2]。因此，阻止化疗细胞H3K27me3去甲基化可抑制向耐药状态的转变，延缓肿瘤在体内的复发。 胃 癌 癌症相关成纤维细胞(CAFs)是癌症基质的主要组成部分，可通过分泌多种因子赋予癌细胞侵袭性。12对原发胃CAF和对应的非CAF(NCAF)的全基因组甲基化和H3K27me3ChIP-seq分析表明H3K27me3在CAF的促肿瘤能力方面起着至关重要的作用，由于H3K27me3的缺失，CAF分泌了多种干细胞niche因子，其中CAF分泌的Wnt5A抑制癌细胞的生长和迁移[3]。表观遗传学的方法揭示癌症饥饿疗法的治疗靶点的有效性。
图4. H3K27me3靶基因和Wnt5A：来自癌症相关成纤维细胞(CAF)的潜在治疗靶点。 结直肠癌 结直肠癌(CRC)是胃肠道中常见的恶性肿瘤，近年来，中国结直肠癌的发病率显著增加。EZH2介导的H3K27me3被认为通过多种机制启动肿瘤发生，最终建立沉默的染色质环境并阻止肿瘤抑制基因的表达。ChIP-seq结合转录组测序技术分析表明DDB1和CUL4 相关因子1（DCAF1）通过EZH2的蛋白积累和酶活催化介导H3K27me3来刺激癌细胞的生长，随后，H3K27me3修饰使生长调控基因失活，导致细胞增殖和生长失控[4]。 食管癌 食管癌(EC)是是一种高度侵袭性和致死性的肿瘤，预后较差，每年导致大量死亡。而长链非编码RNA (LncRNA)可以介导EC中组蛋白修饰和DNA甲基化，调节肿瘤生长和代谢等肿瘤标志物。因此，lncRNAs在内的ncRNAs是EC的有效生物标志物和治疗靶点。ChIP、RIP以及WB等多项技术结合表明在EC中，长链非编码RNA LINC00114通过募集EZH2促进DCL1启动子中的H3K27me3富集，该过程导致DCL1下调从而刺激EC细胞的生长和糖酵解，减轻LINC00114对EC的抑制作用[5]。
图5. LINC00114招募EZH2增加H3K27me3在DLC1启动子中的富集 前列腺癌 前列腺癌（PCa）是全球男性癌症死亡的第五大原因。科学研究表明组蛋白修饰对PCa的发生和发展非常重要。赖氨酸(K)特异性去甲基酶6B（KDM6B）是Jumonji C组蛋白去甲基酶家族的成员，含有JmjC结构域，可以从甲基化的H3K27中去除所有三个单甲基、二甲基或三甲基，影响癌症发展。Cell Death Dis上的一篇研究表明KDM6B和Smad2/3（转录因子）在细胞周期蛋白D1(CCND1)的启动子上结合，使H3K27me3去甲基化，从而促进CCND1表达，促进前列腺癌发展[6]。因此，通过药物促使组蛋白的去甲基化可能对前列腺癌治疗有重要影响。 胰腺癌 胰腺癌(PC)是一种消化道恶性肿瘤,由于难诊断和快速进展，超过80%的患者在晚期确诊，失去手术切除机会。相关研究表明lncRNA-BLACAT1通过募集甲基转移酶EZH2促进CDKN1C基因H3K27me3水平，抑制其表达，从而调控CCNE基因对PC细胞糖酵解和线粒体氧化磷酸化的表达[7]。因此，lncRNA和EZH2所引起的H3K27me3在胰腺癌发展中具有重要作用。这为胰腺癌的治疗和预后提供了新方向。
图6. lncRNA-BLACAT1通过抑制EZH2介导的CDKN1C甲基化抑制PC细胞生长机制 脑膜癌 脑膜瘤是成人最常见的原发性脑和脊柱肿瘤。脑膜瘤的治疗因复发和对辅助放疗等治疗反应的异质性而变得复杂，这限制了某些肿瘤准确预测临床结果的能力。Nassiri F等人对手术切除的脑膜瘤组织进行H3K27me3免疫染色和对患者的生存曲线分析表明H3K27me3的缺失和脑膜瘤较短的无复发生存期明显相关，并且H3K27me3缺失是脑膜瘤复发的独立危险因素[8]。
H3K27me3作用于不同的癌症中，影响广泛。现今基于催化该组蛋白甲基化形成的EZH2中具有多种抑制剂药物的研发。因此，针对H3K27me3的检测和研究有助于了解各种癌症的形成和发展机理，从而进行相关药物研发和治疗。 · 爱基百客组蛋白修饰检测方法简介 · · ChIP-seq相关介绍 · ChIP-seq技术将染色质免疫共沉淀和二代测序技术结合，是研究体内蛋白质与DNA相互作用的有力工具，可用于组蛋白修饰、RNA聚合酶、转录因子和辅因子以及G4链体（G4）等方面的研究，技术成熟稳定。爱基百客ChIP-seq可提供：
Peak分析: Peak注释和分布分析，Peak关联基因的GO、KEGG的注释和富集分析， 转录因子和Motif分析等。 多样本差异分析：差异 Peak 分布情况统计，差异 Peak 关联基因GO、KEGG 功能注释与富集，转录因子预测，Motif 预测等。 · 后续验证 01 ChIP-qPCR 分析组蛋白修饰/转录因子与染色质区域的结合情况，揭示染色质状态和基因表达调控之间的关系，真实反映结合特性。 02 EMSA 基于DNA-蛋白质复合体在聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）中的迁移率不同，检测活化的与DNA结合的蛋白转录或调节因子。 03 双荧光素酶报告实验 检测转录因子与靶启动子的特异结合。 · 爱基百客ChIP-seq三大优势 优势一：项目经验丰富，研究物种200＋种，累计实验2000余次。全面覆盖医口和农口等不同样本，不惧特殊样本（如脂肪组织、高淀粉组织和真菌类），抗体经验也极其丰富（多种组蛋白修饰、转录因子、标签抗体以及p300和RNApol II等均有涉及）； 优势二：提供前期实验设计、测序、分析以及后期验证（ChIP-qPCR、EMSA）一站式服务； 优势三：项目文章多次发表于Cancer Cell、Nature Plants、Nature Metabolism以及Plant Cell等期刊。 · CUT&Tag相关介绍 · CUT&Tag是检测靶蛋白和DNA互作的新方法，拥有背景低、信号强，步骤简单，细胞起始量低，重复性好等优势。常用于研究组蛋白修饰和转录因子研究。爱基百客可提供： · CUT&Tag测序分析 Peak分析：Peak注释和分布分析，Peak关联基因的GO、KEGG的注释和富集分析， 转录因子和Motif分析等。 多样本差异分析：差异 Peak 分布分析，差异 Peak 关联基因的 GO、KEGG 功能注释与富集，转录因子预测，Motif预测等。 · 爱基百客CUT&Tag三大优势 优势一：爱基百客具有丰富的项目经验丰富。包括人（乳腺癌、肠癌、肾等）、小鼠、猪、蜜蜂、水稻、大豆、拟南芥、白菜、白叶枯病菌等50+物种经验,不同组织类型(胚胎、肾、卵巢、子宫、脑、甲状腺、胰腺、脾脏、淋巴结和肝等组织类型)具有相关经验； 优势二：可提供前期实验设计、测序、分析以及后期验证（EMSA）一站式服务； 优势三：强大的生信团队，满足客户各种数据挖掘和分析需求。 ·单细胞ChIP-seq相关介绍· 单细胞ChIP-seq技术可实现单细胞层面组蛋白修饰信息的挖掘，对于癌症中肿瘤异质性发掘具有非常重要的作用。2019年Annabelle Gérard 研究团队即使用单细胞ChIP-seq技术实现乳腺癌染色质状态的异质性检测，发掘出敏感肿瘤中罕见细胞的耐药染色质特征[9]。 爱基百客提供领先表观组学技术服务，具有丰富表观组学项目经验。爱基百客引进商业化的MobiNova®-100平台，提供全新单细胞ChIP-seq解决方案。单细胞ChIP提供商业化6大常用抗体，满足绝大部分科研需求，可提供高质量数据信息，捕获更多单细胞水平组蛋白修饰信息，从而助力肿瘤、疾病、发育等多方面科学研究。目前，新品活动还在继续，有相关需求的老师欢迎咨询区域销售。
· 参考文献 [1]Ezponda T,Licht JD. Molecular pathways: deregulation of histone h3 lysine 27 methylation in cancer-different paths, same destination. Clin Cancer Res. 2014;20 (19):5001-8. doi:10.1158/1078-0432.CCR-13-2499 [2]Marsolier J,Prompsy P,Durand A, et al. H3K27me3 conditions chemotolerance in triple-negative breast cancer. Nat Genet. 2022;54 (4):459-468. doi:10.1038/s41588-022-01047-6 [3]Maeda M,Takeshima H,Iida N, et al. Cancer cell niche factors secreted from cancer-associated fibroblast by loss of H3K27me3. Gut. 2020;69 (2):243-251. doi:10.1136/gutjnl-2018-317645 [4]Ghate NB,Kim S,Shin Y, et al. Phosphorylation and stabilization of EZH2 by DCAF1/VprBP trigger aberrant gene silencing in colon cancer. Nat Commun. 2023;14 (1):2140. doi:10.1038/s41467-023-37883-1 [5]Qin J,Li Y,Li Z, et al. LINC00114 stimulates growth and glycolysis of esophageal cancer cells by recruiting EZH2 to enhance H3K27me3 of DLC1. Clin Epigenetics. 2022;14 (1):51. doi:10.1186/s13148-022-01258-y [6]Cao Z,Shi X,Tian F, et al. KDM6B is an androgen regulated gene and plays oncogenic roles by demethylating H3K27me3 at cyclin D1 promoter in prostate cancer. Cell Death Dis. 2021;12 (1):2. doi:10.1038/s41419-020-03354-4 [7]Zhou X,Gao W,Hua H, et al. LncRNA-BLACAT1 Facilitates Proliferation, Migration and Aerobic Glycolysis of Pancreatic Cancer Cells by Repressing CDKN1C via EZH2-Induced H3K27me3. Front Oncol. 2020;10:539805. doi:10.3389/fonc.2020.539805 [8]Nassiri F,Wang JZ,Singh O, et al. Loss of H3K27me3 in meningiomas. Neuro Oncol. 2021;23 (8):1282-1291. doi:10.1093/neuonc/noab036 [9]Grosselin K,Durand A,Marsolier J, et al. High-throughput single-cell ChIP-seq identifies heterogeneity of chromatin states in breast cancer. Nat Genet. 2019;51 (6):1060-1066. doi:10.1038/s41588-019-0424-9 |
