染色质重塑蛋白LSH通过DNA甲基化可塑性调控肿瘤细胞能量代谢的研究

As important contents of chromatin remodeling, DNA methylation plays an important role in precise regulation of metabolic reprogramming associated genes, and contributes to energy metabolism reprogramming of tumor cells. We previously demonstrate that chromatin-remodeling factor LSH regulated stalled RNA polymerase II via chromatin modification and we showed that LSH interacted with G9a and WDR76, indicating LSH plays a critical role in DNA methylation and demethylation respectively. However, the connection between LSH and metabolic reprogramming remains unknown. In this project, we will explore new regulation mechanism of cell energy metabolism through LSH mediated chromation remodeling, to clarify the interplay between LSH, WDR76 and G9a, which may be recruited around TSSs and affect DNA methylation resulting precise control of transcriptional regulation of cell energy metabolism related genes(FH, EGLNs etc.) to promote tumor cell progression and epithelial-mesenchymal transition. This project will investigate the role of LSH playing in chromatin remodeling from a new viewpoint, and provide new integrated insights into the interplay between tumor metabolic reprogramming and cancer stem cell reprogramming.

DNA甲基化是染色质修饰的重要内容，有可能通过可塑性精细调控代谢重编程相关基因，调节肿瘤细胞能量代谢。申请者前期发现染色质重塑蛋白LSH通过染色质修饰介导Stalled Pol II可塑性调控, 且预实验发现LSH与G9a和WDR76相互作用，有可能分别介导靶基因的DNA甲基化即(5mC)和去甲基化（5hmC）。然而，LSH与代谢重编程之间的联系仍有待阐明。本项目将探讨LSH通过染色质修饰调节细胞能量代谢的机制，阐明LSH与WDR76及G9a相互作用并募集于靶基因TSSs区域，影响DNA甲基化可塑性修饰，发挥精确整合转录调控的作用，从而影响与细胞能量代谢相关的基因谱(如FH和EGLNs等)，促进肿瘤细胞能量代谢和EMT的进程，最终导致肿瘤细胞干细胞重编程。本项目将从全新角度探讨LSH影响染色质修饰可塑性的作用，揭示肿瘤细胞能量代谢的新机制。

染色质修饰通过可塑性精细调控代谢重编程相关基因，调节肿瘤细胞能量代谢。本项目拟探讨LSH通过染色质修饰调节细胞能量代谢的机制，阐明LSH与WDR76及G9a相互作用并募集于靶基因TSSs区域，影响DNA甲基化可塑性修饰，发挥精确整合转录调控的作用，从而影响与细胞能量代谢相关的基因谱(如FH和EGLNs等) ，促进肿瘤细胞能量代谢和EMT的进程，最终导致肿瘤细胞干细胞重编程。. 本项目围绕表观遗传因子影响肿瘤发生与肿瘤代谢的机制开展了研究，顺利完成了预期的研究计划。本项目揭示了LSH与WDR76的相互作用使染色质构象的改变，上调脂肪酸代谢相关基因SCD1和FADS2的表达。SCD1和FADS2均可降低细胞内铁和脂质活性氧，从而抑制铁死亡。还确定了LSH通过与TET2相互作用，降低细胞内DNA羟甲基化水平而增加基因组不稳定性，并抵抗化疗药物引起的DNA损伤，从而确定表观遗传调控因子对基因组不稳定性调控的新作用。明确了LSH通过染色质修饰抑制胡索酸酶FH的表达，使得中间代谢产物促进上皮细胞－间质转化，而促进肿瘤转移的分子机制，从而明确了表观遗传调节因子对肿瘤代谢重编程的新机制。在常氧下，EGLN1/3可抑制c-Myc的功能，而在低氧条件下，EGLN1/3与 HIF1α结合从而使c-Myc发挥其转录因子的功能而上调LSH，进而抑制铁死亡而导致肿瘤生长、侵袭与转移等。. 上述研究在细胞死亡、基因组不稳定性、代谢等方面取得了一系列重要科学发现，从表观遗传学角度为加深并丰富对恶性肿瘤发生机制的认识做出了重要贡献。项目在 Cancer Research, Cell Death & Differentiation, Oncogene ，Theranostics和Signal Transduction and Targeted Therapy等杂志上发表研究论文 17 篇; 在 Signal Transduction and Targeted Therapy，Molecular Cancer等发表综述文章 6 篇；高被引论文3篇。获得湖南省自然科学奖 1 次。培养博士生 6 名和硕士生1 名，2名获得 2017 年中南大学优秀博士学位论文。参加国际国内学术大会 32 人次，其中在冷泉港亚洲会议等会议作大会报告 30 次，申请了国家发明专利 10 项。