DOT1L基因与肠道菌群在大肠癌发生发展中的网络关系

DOT1L (disruptor of telomeric silencing 1-like) is up to now the sole enzyme responsible for H3 lysine 79 (H3K79) methylation. In our previous study, we found DOT1L was over activated and plays an important role in colorectal cancer. Accumulating data suggest that variation in the commensal microbial ecosystems (the microbiota) can influence inflammation, DNA damage and apoptosis, thus plays a key role in the aetiology of colorectal cancer. So how to reveal the orchestrated network of DOT1L, gut microbiota and immune system, is the aim of this study: 1. We generated intestinal epithelial cell (IEC)-specific DOT1L-deficient mice to induce colon tumor; 2. Investigate the mechanism through microbiota alteration and chronic immune stimulation; 3. Reveal the orchestrated network of DOT1L with these aspect; 4. Provide prevention strategy for colorectal cancer through DOT1L mechanism. The implementation of this project will provide new theoretical basis for effective prevention of colorectal cancer.

DOT1L (Disruptor of telomeric silencing 1-like) 蛋白是目前已知的唯一催化组蛋白H3赖氨酸79位点（H3K79）甲基化酶，从而参与调控基因表达、DNA修复、细胞周期进程等。我们前期研究发现DOT1L基因的表达与大肠癌患者的预后呈负相关。越来越多的数据提示肠道菌群能影响炎症反应等在大肠癌的发病中起重要作用。因此，本研究拟在国际上最新研究进展和我们前期工作的基础上，通过选择性基因敲除鼠体内实验、细胞学实验、组织标本实验：1. 明确DOT1L基因特异性肠上皮敲除小鼠的肠道肿瘤诱导生成改变；2. 从肠道菌群及免疫反应方面深入研究DOT1L对肠道肿瘤生成的作用机制；3. 探索DOT1L作为核心蛋白如何系统调控大肠癌发生的生物免疫分子机制；4. 针对DOT1L肿瘤发发生机制探索大肠癌临床预防策略。本课题的实施将为大肠癌临床预防和治疗提供新的理论依据。

DOT1L (Disruptor of telomeric silencing 1-like) 蛋白是目前已知的唯一催化组蛋白H3赖氨酸79位点（H3K79）甲基化酶，甲基化的H3K79通常作为转录活化标记而参与调控基因表达、DNA修复、细胞周期进程等。研究发现DOT1L在肿瘤发生发展中起重要作用，尤其在白血病发生机制中，DOT1L联合MLL（mixted lineage leukemia）融合蛋白进而参与白血病转录活化进程。此外，Th22细胞可激活人结肠癌细胞DOT1L的表达，后者参与调控结肠癌的干细胞活性，且DOT1L基因的表达与大肠癌患者的预后呈负相关。本研究通过培育肠道上皮特异性DOT1L敲除小鼠（DOT1LIEC），以AOM/DSS模型诱导小鼠肠道肿瘤，我们发现DOT1LIEC小鼠肿瘤发生明显少于野生型小鼠（DOT1LFF）。当DOT1LFF小鼠与DOT1LIEC小鼠同笼生长时，两者肠道菌群会发生相互交换，此时DOT1LFF小鼠的肿瘤大小较单独生长的DOT1LFF小鼠减小。为进一步明确肠道菌群的作用，我们将DOT1LIEC小鼠的粪便移植至DOT1LFF小鼠，再进行肿瘤诱导，肿瘤显著减少，强烈提示肠道菌群在肿瘤发生中的作用。因此我们应用16S rRNA测序法检测DOT1LFF与DOT1LIEC小鼠粪便菌群，发现DOT1LIEC小鼠粪便菌群Bacteroides菌属明显高于野生型小鼠。于是我们进一步用数种Bacteroides菌株分别干预野生型小鼠，并进行肿瘤诱导。同样的，菌株干预后小鼠肿瘤发生显著减少。研究机制时，我们发现，DOT1L在肠道上皮特异性敲除后，下调具有排酸作用的膜通道蛋白SLC16A1的表达，从而上调肠腔pH值，促进Bacteroides生长。在肿瘤发生时，Bacteroides可期减轻炎症程度，抑制肿瘤进展。进一步，我们在临床粪便标本中亦发现大肠腺瘤及早癌患者的Bacteroides菌属显著低于正常人群，且该菌属与DOT1L催化的H3K79甲基化表达呈负相关。综上，DOT1L通过催化SLC16A1启动子区域的H3K79甲基化调控其表达从而影响肠道pH值，最终进一步影响肠道菌群的丰度，以此来调控肠道肿瘤的发生发展。