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结肠癌发病率和死亡率在世界范围内居高不下,也是我国最常见的消化道恶性肿瘤之一,因此阐明结肠癌发病的分子机制对临床诊断和治疗结肠癌具有一定的启示作用。由DNA结合蛋白抑制因子(Inhibitor of DNA binding1,ID1)基因转录翻译出的Id1蛋白在多种肿瘤组织中异常高表达,与癌症的侵袭性及患者不良临床预后相关。增强子是指能够增强启动子活性从而增加基因转录频率的DNA序列,近年来大量研究表明增强子可以进一步促进相关联基因的转录使其异常高表达,从而导致肿瘤的发生发展。目前,尚无研究报道原癌基因ID1在结肠癌中的异常高表达是否受增强子调控,因此本研究旨在阐明增强子参与ID1基因在结肠癌中高表达的表观遗传学机制。
首先,我们检测了正常结肠成纤维细胞系CCD-18Co和五种结肠癌细胞系LoVo、C2BBe1、SW620、HT29和HCT116中ID1基因的表达,结果显示在结肠癌细胞系中ID1基因的mRNA以及蛋白表达水平显著高于正常对照。
随后我们通过分析NCBI数据库中距ID1基因启动子前后20kb范围内的H3K27ac、H3K4me1以及H3K4me3组蛋白修饰情况并结合实验室之前的研究,预测ID1基因转录起始位点上下游存在三个潜在增强子序列,并将它们分别命名为Enhancer1(E1)、Enhancer2(E2)和Enhancer3(E3)。我们考虑结肠癌细胞系中ID1基因的异常高表达可能与增强子的活化相关。
采用qPCR检测技术,我们发现在五种结肠癌细胞系中,这三个潜在增强子都能转录出增强子RNAs(enhancer RNAs,eRNAs),且其表达水平均显著高于正常对照。双荧光素酶报告基因实验结果显示,在结肠癌细胞系中,潜在增强子E1和E3能够进一步促进ID1基因的启动子启动荧光素酶报告基因表达的活性,而在正常对照中,三个潜在增强子均无明显增强启动子活性的功能。染色质免疫共沉淀(Chromatin Immunoprecipitation qPCR,ChIP-qPCR)检测发现H3K27ac和H3K4me1在结肠癌细胞系的三个潜在增强子区均高富集,且在HCT116细胞系中富集更显著,而H3K4me3富集程度低。
最后,通过染色质构象捕获(Chromosome Conformation Capture, 3C)实验,我们发现只有E1增强子能与ID1基因的启动子在染色质三维空间上形成环袢结构,而E2和E3增强子与ID1基因的启动子之间则不存在这种空间上的相互作用形式。
我们的实验结果表明,在所预测的三个ID1基因潜在增强子E1、E2和E3中,存在一个活性增强子E1能在染色质三维空间结构上与ID1基因的启动子形成环袢结构,从而在结肠癌中异常活化ID1基因的mRNA以及蛋白的表达。
首先,我们检测了正常结肠成纤维细胞系CCD-18Co和五种结肠癌细胞系LoVo、C2BBe1、SW620、HT29和HCT116中ID1基因的表达,结果显示在结肠癌细胞系中ID1基因的mRNA以及蛋白表达水平显著高于正常对照。
随后我们通过分析NCBI数据库中距ID1基因启动子前后20kb范围内的H3K27ac、H3K4me1以及H3K4me3组蛋白修饰情况并结合实验室之前的研究,预测ID1基因转录起始位点上下游存在三个潜在增强子序列,并将它们分别命名为Enhancer1(E1)、Enhancer2(E2)和Enhancer3(E3)。我们考虑结肠癌细胞系中ID1基因的异常高表达可能与增强子的活化相关。
采用qPCR检测技术,我们发现在五种结肠癌细胞系中,这三个潜在增强子都能转录出增强子RNAs(enhancer RNAs,eRNAs),且其表达水平均显著高于正常对照。双荧光素酶报告基因实验结果显示,在结肠癌细胞系中,潜在增强子E1和E3能够进一步促进ID1基因的启动子启动荧光素酶报告基因表达的活性,而在正常对照中,三个潜在增强子均无明显增强启动子活性的功能。染色质免疫共沉淀(Chromatin Immunoprecipitation qPCR,ChIP-qPCR)检测发现H3K27ac和H3K4me1在结肠癌细胞系的三个潜在增强子区均高富集,且在HCT116细胞系中富集更显著,而H3K4me3富集程度低。
最后,通过染色质构象捕获(Chromosome Conformation Capture, 3C)实验,我们发现只有E1增强子能与ID1基因的启动子在染色质三维空间上形成环袢结构,而E2和E3增强子与ID1基因的启动子之间则不存在这种空间上的相互作用形式。
我们的实验结果表明,在所预测的三个ID1基因潜在增强子E1、E2和E3中,存在一个活性增强子E1能在染色质三维空间结构上与ID1基因的启动子形成环袢结构,从而在结肠癌中异常活化ID1基因的mRNA以及蛋白的表达。