G-四链体结构通过远程转录重编程调控卵巢癌细胞耐药性的机制研究

本研究针对卵巢癌治疗中普遍存在的耐药性难题，揭示了DNA二级结构G-四链体(G4)在表观遗传调控中的新机制。研究人员通过多组学方法发现耐药细胞中非启动子区G4的积累可显著增强WNT、Hippo等耐药相关通路的表达，首次提出"超级G4"概念并证实其转录增强效果超越经典超级增强子。该发现为逆转卵巢癌耐药提供了新型表观遗传靶点，相关成果发表于《Genome Biology》。

　　

在卵巢癌治疗领域，耐药性如同挥之不去的阴霾——80%的晚期患者最终会对化疗药物产生抵抗，这成为临床治疗失败的主要原因。传统观点认为这种耐药性主要源于BRCA基因突变或DNA修复通路的改变，但越来越多的证据表明，表观遗传(epigenetics)层面的动态调控才是癌细胞"随机应变"的关键。近年来，DNA特殊结构G-四链体(G-quadruplex, G4)作为潜在的表观遗传标记逐渐进入研究者视野，这类由鸟嘌呤通过Hoogsteen碱基配对形成的四链结构，在癌症中显示出独特的分布特征和调控功能。然而，G4结构是否参与卵巢癌耐药这一致命过程？它们通过何种机制影响基因表达网络？这些问题亟待解答。

来自英国伦敦帝国理工学院(Imperial College London)分子科学研究中心的研究团队在《Genome Biology》发表突破性研究。研究人员创新性地采用多组学联用策略，通过BG4 CUT&Tag、ATAC-seq和RNA-seq等技术，首次绘制了配对敏感/耐药卵巢癌细胞(PEO1/PEO4)的全基因组G4图谱。研究发现耐药细胞中G4结构从启动子向基因间区和内含子区转移的独特分布模式，揭示这些远端G4能通过形成"超级G4"簇，以超越经典超级增强子的效率激活耐药相关通路。更引人注目的是，使用小分子PDS靶向G4可显著下调WNT等信号通路，使耐药细胞重新对顺铂敏感。

研究主要采用四种关键技术：1) BG4抗体介导的CUT&Tag和ChIP-seq绘制G4全基因组分布图谱；2) ATAC-seq分析染色质开放区域；3) RNA-seq监测转录组变化；4) H3K27ac CUT&Tag标记活性增强子。所有实验均在配对的敏感型PEO1/PEO1^BRCA+和耐药型PEO4卵巢癌细胞中进行，并验证于患者来源的PEA1/PEA2细胞系。

【G4在非启动子区域与基因表达增强相关】

通过比较敏感与耐药细胞的G4分布，发现PEO4细胞总G4数量减少但呈现区位特异性变化。与既往研究相反，启动子区新出现的G4仅使基因表达平均增加0.37 log₂FC，而基因间区和内含子区G4分别带来5倍和6倍的显著表达提升。这种效应在BRCA2功能恢复的PEO1^BRCA+细胞中依然存在，证实与BRCA状态无关。

【耐药相关通路的关键调控】

KEGG分析揭示内含子/基因间区G4关联基因显著富集于EMT(上皮-间质转化)、WNT和Hippo等典型耐药通路。NDEx检索发现这些基因集与卵巢癌甲基化改变研究高度重合，暗示G4可能通过抑制DNA甲基转移酶活性参与表观调控。

【超级G4的发现】

应用ROSE算法首次鉴定出636个由G4簇构成的"超级G4"，平均跨度16kb含4.2个G4位点。这些位点65%独立于经典超级增强子，其关联基因表达增幅(Log₂FC +1.29)显著超过超级增强子(+0.89)，提示G4可通过相分离等机制形成新型转录调控枢纽。

【G4靶向治疗的潜力】

0.5μM PDS处理使耐药细胞对顺铂敏感性提高3倍，RNA-seq显示该效应源于WNT等通路的关键下调。特别值得注意的是，PDS对启动子G4关联基因影响微弱(Log₂FC -0.06)，但对非启动子区G4关联基因抑制显著(Log₂FC -0.56)，证实了区位特异性调控。

这项研究从根本上改变了人们对G4生物学功能的认识：不同于既往强调的启动子调控作用，在卵巢癌耐药背景下，G4通过远端基因组位点的协同作用发挥更强大的表观遗传调控功能。超级G4的发现为理解三维基因组调控提供了新视角，其超越超级增强子的转录激活能力可能源于G4特有的蛋白募集能力和相分离特性。从转化医学角度看，研究不仅解释了为何G4配体PDS能选择性逆转耐药（因其主要破坏耐药细胞依赖的远端调控网络），更重要的是提出了"区位特异性靶向"的新策略——针对基因间区和内含子G4的设计可能比传统启动子靶向更有效。这些发现为开发克服卵巢癌耐药的新型表观遗传疗法奠定了理论基础，也为其他癌症的耐药研究提供了范式参考。