超级增强子区域功能性遗传变异与结直肠癌易感性的研究

Colorectal cancer (CRC) is one of the most common malignancies. Genome-wide association studies (GWASs) have identified dozens of susceptibility loci for CRC. However, most of them lack functional genetic variants and clear biological mechanisms. Super-enhancer, a new definition of regulatory element with a high enrichment of disease-associated variants, is found to greatly contribute to the transcription and expression of oncogenes. Accordingly, we hypothesized that single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the CRC-specific super-enhancers may be the important biomarkers for the Chinese CRC risk, due to their regulatory effect on the susceptibility genes. In this study, we are going to screen out the candidate variants through the bioinformatics analyses that integrate functional genomic data from multiple public databases. Then, a two-stage case-control study with large sample size will be applied to discover and validate the variants associated with CRC. Finally, we will perform the functional experiments of molecular biology to elucidate the role of positive variants in regulation and pathogenesis. In summary, our study will provide a new strategy for in-depth study of the the genetic susceptibility in “post-GWAS” era. Also, the identification of functional SNPs and their target genes may deepen our understanding of the molecular mechanism of CRC carcinogenesis.

结直肠癌是一种常见的恶性肿瘤，它的全基因组关联研究已经鉴定了几十个易感位点，然而大多数这些位点的功能性遗传变异及生物学机制尚未阐明。作为一种新的调控区域概念，超级增强子对重要致癌基因的转录表达具有强力的调控作用，并高度富集了与疾病相关的遗传变异。由此，我们假设位于结直肠癌特异超级增强子区域的单核苷酸多态性，可以通过调控相应易感基因，而与中国人群结直肠癌风险相关。本项目拟通过生物信息学，整合分析多个公共数据库中的功能基因组学数据，筛选本研究的候选遗传变异；再利用两阶段的大样本量病例-对照关联研究，发掘和验证候选遗传变异中与结直肠癌易感性相关的遗传变异；最后通过分子生物学功能实验，探究阳性遗传变异的基因调控功能及其致病机理。本研究可为“后GWAS”时代疾病遗传易感性的深入研究提供一种新的策略，功能性遗传变异及其靶基因的确定也可以加深对结直肠癌发生发展分子机制的认识。

研究背景：结直肠癌是其中一种严重威胁人类健康的常见恶性肿瘤。目前大规模的GWAS（Genome-Wide Association Study，全基因组关联研究）已鉴定了超过100个的结直肠癌易感区域和位点。本研究致力于挖掘和鉴定出GWAS易感区域中的功能性甚至致病性遗传变异，进一步探索中国人群的结直肠癌遗传易感性。.研究内容：首先通过综合的生物信息学分析逐步筛选出东亚人群GWAS易感区域中的超级增强子遗传变异，接着利用大样本量两阶段的病例-对照试验，分析候选功能性遗传变异与结直肠癌易感性的关联，再运用双荧光素酶报告基因实验、凝胶电泳迁移率试验、CRISPR-cas9基因编辑、染色体构向捕获3C试验、细胞增殖实验等一系列分子生物学功能实验，验证显著关联位点及其靶基因的生物学功能。.重要结果：1. 经过多组学的生物信息学分析，我们筛选出了17个具有潜在功能的候选超级增强子遗传变异，经过大样本量两阶段的中国人群（共包括4929例病例与7083例对照）的筛选和验证，发现12p13.31上的rs11064124与结直肠癌风险的显著关联（加性模型：OR =0.87，95% CI = 0.82-0.92，P=8.67E-06）。2. 功能实验显示rs11064124-A等位基因能削弱染色体片段与转录因子VDR的结合能力，显著提高所在增强子的活性及其与两个靶基因启动子的交互作用，从而共激活（co-activate）了作为结直肠癌潜在抑癌基因CD9和PLEKHG6的转录表达。.科学意义：本项目系统研究了结直肠癌易感区域里的超级增强子及其中的遗传变异，定位了GWAS位点12p13.31中一个位于超级增强子的调控型遗传变异rs11064124和两个易感基因CD9和PLEKHG6。本研究提示了一个新的结直肠癌致病机制：在同一个易感区域中，多个易感基因可以受同一个调控元件（如超级增强子）以及其遗传变异所调控。