癌症为什么是组织特异性的？

怎样的基因突变会导致组织特异性癌症？

　　

基因突变如何促进组织特异性癌症表型仍然是一个基本的开放问题在癌症生物学。

大多数癌症驱动基因的体细胞突变只在少数几种肿瘤类型中被检测到，而遗传的癌症易感等位基因通常以组织特异性的方式与癌症风险相关。

癌症的组织起源表明，定义细胞状态的转录网络可能对致癌过程至关重要。谱系转录因子(TFs)，如黑色素瘤中的SOX10，通常是癌细胞生存和增殖所必需的。

此外，人类透明细胞肾细胞癌(ccRCC)中最常见的VHL功能丧失突变在其他类型的癌症中极为罕见，VHL功能丧失可导致缺氧诱导因子HIF1A和HIF2A的稳定，进而激活它们的下游转录程序。

然而，目前尚不清楚谱系因子和基因改变之间的特定相互作用是否需要建立癌症类型特异性的致癌程序。

2022年6月8日，英国剑桥大学的Sakari Vanharanta团队在《Nature》杂志上发表了一篇文章，题为肾系因子PAX8控制肾癌的致癌信号。

对样本的分析表明，肾谱系转录因子配对框8 (PAX8)是ccRCC两种基因改变(11q13.3的种系变异rs7948643和VHL体细胞失活)的致癌信号，这对转导是必要的，强调转录谱系因子介导与体细胞和遗传基因改变相关的组织特异性癌症风险。

 

我们首先筛选了支持两个转移性ccRCC细胞系（OS-LM1和786-M1A）增殖的TFs，两个因子PAX8和HNF1B对ccRCC细胞系表现出很强的特异性。

同时，他们通过内源蛋白(RIME)[1]的快速免疫沉淀质谱分析对HIF2A占用的核复合物进行了表征，其中PAX8是HIF2A核相互作用组的成员。

同时与HIF2A和PAX8形成复合体的89个蛋白是具有染色质重塑功能的核蛋白(SWI/SNF复合体)或mRNA加工功能的核蛋白。

对异种移植ccRCC肿瘤的ChIP-seq分析也显示HIF2A和PAX8在染色质上的共定位频率很高，即在786-M1A和OS-LM1肿瘤中分别有43%和65%的HIF2A结合，位点显示了显著的PAX8结合。

接下来，我们建立了一个肿瘤模型，通过强力霉素依赖的转基因在786-M1A HIF2A-/-细胞中重新引入HIF2A，从而证实了RNA-seq在不同时间点抑制HIF2A的转录组效应，并在检测到的205个强HIF2A依赖转录本的转录起始位点侧边的500 kb区域内识别了175个HIF2A ChIP-seq峰。采用串联设计，有效抑制增强子功能，他们针对这些峰和对照产生了706对sgRNA，与dCas9-KRAB共转染到786-M1A细胞[2]中，并移植到15个NSGs中。在小鼠身上。21个靶向HIF2A结合增强子的构建体在肿瘤中被消耗，其中16个显示HIF2A和PAX8结合。

其中，增强子E11:69419与大型临床ATAC-seq癌症数据集[3]中最强的ccRCC特异性开放染色质区域重叠，并在ccRCC中显著激活，而在乳头状RCC中未被激活。

E11:69419的两侧是基因MYEOV和CCND1，它们编码cyclin D1，这是一种在几种癌症类型中被激活的阳性细胞周期调节因子，其表达受VHL-HIF2A通路控制。

CRISPRi介导抑制E11:69419导致这两个基因下调，抑制PAX8和HIF2A也降低了CCND1的表达。

GWAS发现与人类RCC风险相关的最重要的常见遗传变异是11q13.3[4]上的rs7105934，该风险单倍型包含E11:69419，包括rs7948643和rs7939721连锁snp。

其中rs7948643位于PAX8结合位点E11:69419，等位基因T的亲和性高于C，这意味着保护性等位基因C可以抑制PAX8的结合，从而降低致癌驱动因子。

E11:69419 CCND1上游活性。此外，PAX8的缺失也降低了HIF2A与E11:69419位点的结合，而HIF2A的缺失不影响PAX8的结合。

此外，我们发现PAX8抑制抑制ccRCC细胞体外增殖，提示PAX8具有独立于HIF2A的致瘤功能。

PAX8正向调控HNF1B的表达，重新引入外源性PAX8或HNF1B可挽救PAX8缺失引起的体外增殖缺陷。

基于全基因组CRISPR-Cas9筛选[5]，发现PAX8衰竭细胞和HNF1B衰竭细胞中下调的基因，只有HNF1B和MYC符合标准，而耗尽后上调的基因不表现出对ccRCC增殖基因的抑制。

MYC及其调控区域拷贝数增加与ccRCC转移相关，FISH分析显示转移786-M1A细胞携带6个MYC拷贝。

利用CRISPRi功能筛选，我们鉴定了8个对ccRCC增殖至关重要的远端MYC增强子，其中2个(E8:128132和E8:128526)与HNF1B结合并包含HNF1B基序，在HNF1B和PAX8中敲除后也显示染色质可达性降低。

因此，癌症特异性的8q21.3-q24.3扩增在ccRCC细胞中选择了一个谱系因子依赖的生理程序来支持MYC的表达和增殖，而MYC已经在正常肾上皮细胞中存在。

综上所述，本研究发现rs7948643是一个与11q13.3染色体上最重要的肾癌风险位点rs7105934相关的常见遗传变异，它属于E11:69419内的PAX8结合位点，一对PAX8和HIF2A。E11:69419活性的要求以及rs7948643与ccRCC的强关联，而与乳头状RCC无关，支持了一个模型，即PAX8与rs7948643结合的差异是该位点相关的ccRCC风险增加的原因。

总之，这项工作为决定癌症(尤其是ccRCC)风险的遗传和体细胞遗传改变和发育谱系因素之间的相互作用机制提供了功能上的见解。PAX8支持两个典型癌基因CCND1和MYC的表达，并且小鼠肾脏可以耐受PAX8的基因失活，这表明PAX8可能是一个潜在的可行的ccRCC治疗靶点。

参考文献

1. Papachristou, E. K. et al. A quantitative mass spectrometry-based approach to monitor the dynamics of endogenous chromatin-associated protein complexes. Nat. Commun. 9, 2311 (2018).

2. Larson, M. H. et al. CRISPR interference (CRISPRi) for sequence-specific control of gene expression. Nat. Protoc. 8, 2180–2196 (2013).

3. Corces, M. R. et al. The chromatin accessibility landscape of primary human cancers. Science 362, eaav1898 (2018).

4. Purdue, M. P. et al. Genome-wide association study of renal cell carcinoma identifies two susceptibility loci on 2p21 and 11q13.3. Nat. Genet. 43, 60–65 (2011).

5. Dempster, J. M. et al. Extracting biological insights from the Project Achilles Genome-Scale CRISPR screens in cancer cell lines. Preprint at bioRxiv https://doi. org/10.1101/720243 (2019).

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