增强子区域的DNA甲基化异常对乳腺癌发生发展的影响及其机制研究

Enhancer represents one of genomic regions with highest frequency of DNA methylation aberrancy in tumors, while its significance remains elusive. The applicant has abundant research experiences in the fields of both DNA methylation (Genome Biology 2015) and cancer (BMC Genomics 2015, Cancer Research 2008). Our pilot studies indicate DNA methylation level in the enhancers adjacent to oncogene TOX3 and ERBB2 are significantly reduced, meanwhile the expression of these two genes are increased. In this project, we will restore methylation of these enhancers by specifically localizing DNMT to these regions; then analyze the effects of methylation restoration on TOX3 and ERBB2 expression, as well as the proliferation, apoptosis, migration, and angiogenesis of breast cancer cell; finally, we will investigate the frequency and degree of methylation aberrancies of these enhancers in clinical samples, and search for more similar enhancers. This project will provide new lights on designing next-generation anti-tumor drugs.

增强子是肿瘤基因组中最容易发生DNA甲基化异常的区域之一，然而其对肿瘤发生发展的意义尚不清楚。申请人在DNA甲基化（Genome Biology 2015）及肿瘤(BMC Genomics 2015, Cancer Research 2008)领域都有丰富的工作积累。我们的前期研究发现乳腺癌相关基因TOX3与ERBB2附近的增强子甲基化水平显著降低，与此同时这两个基因在癌细胞中的表达异常升高。本项目中，我们拟靶向定位DNA甲基化酶到这些增强子，实现对这些区域甲基化的恢复；然后分析甲基化的恢复对TOX3与ERBB2基因表达水平的影响，以及对肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移、瘤内血管新生等的影响；最后拟在临床癌症样本中分析这些增强子发生甲基化异常的频率及程度，并寻找更多类似的甲基化异常的增强子。本项目将有利于设计出新一代的抗肿瘤药物。

三阴性乳腺癌(TNBC)约占所有乳腺癌的15%，具有起病早、侵袭力高、易转移、分化程度低、生物学复杂等特点。目前TNBC的临床诊断和治疗效率较低，大多患者术后只能根据组织学特征进行诊断和治疗，在临床应用中还没有公认的与免疫状态相关的TNBC基因评估模型。本研究的目的是结合免疫分析建立多基因预后模型，从而为TNBC的治疗提供指导。本项目围绕着这一核心科学问题开展了一系列研究：首先，我们将大队列分为训练组和验证组，收集了TNBC患者的RNA测序数据、全外显子测序数据和临床资料。然后对肿瘤组织和正常组织的差异表达基因(DEG)进行分析，使用单变量Cox回归、LASSO和多变量Cox回归分析，在训练集中构建多基因预测模型，并在验证集和全集中进行验证，从而获得了一个包含13个基因的预后预测模型。其次，基于预后模型的风险评分对队列分组后，我们对高危和低危组进行免疫状态、基因突变分析。结果表明低危组的免疫活性和9个免疫检查点基因的表达水平均高于高危组。两组中具有差异的突变多发生在高危组，且两组间的Cosmic突变特征也有明显差别。此外，为了提高预测性能，我们结合临床资料构建了更为精确的Nomogram模型。最后，我们利用加权基因共表达网络分析(WGCNA)和功能富集在RNA水平分析探讨了TNBC发生发展的分子机制。我们发现与预后紧密相关的4个模块涉及到代谢、细胞增殖、细胞周期、病毒感染和细胞外基质等生物学功能。以上研究结果使我们加深了对TNBC基因层面的认识，同时有助于推动基因模型在临床中的应用，为分子诊断及治疗提供新的思路和视野。