核激素受体RARγ在人类鳞状细胞癌中的多种转录调控模式

《Journal of Biological Chemistry》：Multiple modes of transcriptional regulation by the nuclear hormone receptor RARγ in human squamous cell carcinoma

维生素A代谢及其受体RARγ在口腔鳞状细胞癌（OCSCC）中的作用研究。通过CUT&RUN和RNA-seq分析，发现RARγ调控细胞分化、基质通讯及肿瘤发生。研究揭示RARγ直接调控PPARG、RXRA等靶基因，并通过影响H3K4me3/H3K27me3染色质修饰，调控Notch信号通路及EMT相关基因。该机制为靶向RARγ治疗OCSCC提供了理论依据。

　　维生素A及其代谢产物在细胞分化、免疫功能和胚胎发育中发挥着关键作用。在口腔和皮肤的复层鳞状上皮细胞中，维生素A受体γ（RARγ）的表达尤为显著。尽管已有研究显示RARγ的激活作用在口腔复层鳞状细胞癌（OCSCC）中具有抗肿瘤特性，但其具体、主要的基因靶点仍不完全明确。本研究通过整合全基因组的RARγ结合分析、染色质组蛋白标记以及在人类OCSCC细胞系中使用激动剂或在删除RARγ基因的细胞系（RARGKO）中进行全局转录组学分析，明确了RARγ的信号通路。研究发现，在缺乏RARγ的情况下，某些与复层鳞状细胞分化相关的基因表达减少，包括NOTCH1、NOTCH3以及NOTCH配体JAG2和DLL1，这些基因的表达在没有添加配体的情况下也显著下降。同时，研究还发现了一些被RARγ直接抑制的基因，这些基因在RARGKO细胞中表达水平更高。此外，研究还识别了RARγ、PPARG和RXRA作为RARγ的直接基因靶点，表明RARγ可能通过调控RXRα（一种具有多种二聚化伙伴的转录因子）来控制其他基因的转录，从而在OCSCC中发挥复杂的转录调控作用。

在缺乏RARγ的情况下，细胞身份和细胞外基质交流相关的一组广泛基因的表达也受到影响，同时DHRS3的表达减少。DHRS3是一种重要的酶，参与维生素A的稳态调控。此外，研究还发现了某些基因在RARγ缺失的情况下表达变化，而这些基因在RARγ激动剂处理下没有响应。这表明RARγ在没有配体结合的情况下也可能调控染色质可及性和基因转录。例如，某些基因的表达在RARγ缺失的细胞中显著下降，而它们在RARγ激动剂处理下没有变化。这提示RARγ可能通过非配体依赖的方式调控这些基因的表达。

研究还发现，RARγ与一些基因的启动子区域和增强子区域结合，这些区域的基因包括参与细胞粘附、分化和维生素A代谢的基因。例如，ITGA3、SERPINE1和MUC4的表达在缺乏RARγ的细胞中显著改变，这些基因的表达水平在PAR和RARGKO细胞之间存在差异。通过整合转录组分析和CUT&RUN（Cleavage under Targets and Release Using Nuclease）分析，研究进一步揭示了RARγ在特定基因调控中的作用。通过分析基因的表达变化和RARγ结合位点，研究人员发现了一些特定的基因调控序列，这些序列在不同的细胞反应中表现出不同的富集情况。

研究还发现，RARγ的结合位点在某些基因的启动子区域和增强子区域中具有不同的重复模式，这些重复模式与AP-1家族蛋白的结合位点重叠。AP-1家族蛋白，如JUN和FOS，已被证明在维生素A信号调控中起着重要作用，且RARγ可能通过与这些蛋白的协同作用来调控癌细胞中的基因表达。此外，研究还发现了一些与干细胞特性相关的基因在RARγ缺失的情况下表达增强，如IRX1、WNT10A和KRT78等，而这些基因在RARγ激动剂处理下没有显著变化。这表明RARγ的缺失可能导致细胞向更具有干细胞特征的状态转变，从而增加OCSCC的肿瘤发生和侵袭能力。

通过全基因组的RNA测序和CUT&RUN分析，研究人员不仅识别了RARγ的直接基因靶点，还发现了其对染色质可及性和组蛋白修饰的影响。这些发现为理解RARγ在OCSCC中的复杂调控机制提供了新的视角，并为开发针对OCSCC的新疗法奠定了基础。此外，研究还强调了选择性调节RARγ信号通路在治疗设计中的重要性，特别是在结合表观遗传调控因子的情况下，可能会更精确地控制细胞分化和抗肿瘤活性。

研究结果表明，RARγ在OCSCC中的作用是多方面的，并且受到细胞类型和环境因素的影响。通过深入分析RARγ的基因靶点和信号通路，研究人员揭示了其在维持上皮细胞分化和功能中的关键作用。此外，研究还强调了RARγ与其他核受体之间的相互作用，例如RXRα，这表明RARγ可能通过影响这些受体的表达和活性来调控整个基因组的转录活动。

本研究不仅提供了关于RARγ在OCSCC中的调控机制的新见解，还为未来的研究方向指明了道路。例如，研究结果表明，RARγ可能通过调控远端基因调控区域和染色质结构来影响基因表达，这需要进一步的实验验证，如通过染色质构象捕捉技术或基于CRISPR的增强子破坏实验来研究这些远端调控区域的功能。此外，研究还指出了当前研究的一些局限性，例如实验仅在人类癌细胞系中进行，而未能在正常口腔上皮细胞中评估RARγ的功能。未来的研究可以采用更接近体内环境的模型，如使用原代角质形成细胞，以区分肿瘤特异性变化和基础RARγ功能。

综上所述，本研究通过多组学方法全面解析了RARγ在OCSCC中的转录和表观遗传调控作用，揭示了其在维持上皮细胞分化和功能中的关键角色。研究结果不仅加深了我们对RARγ在肿瘤发生和进展中的作用的理解，还为开发基于RARγ的靶向治疗策略提供了理论基础和实验依据。这些发现对于改善OCSCC的治疗方案具有重要意义，并为未来的临床研究提供了新的方向。