4月9日，國際學(xué)術(shù)期刊PNAS在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所季紅斌研究組與暨南大學(xué)生命與健康工程研究院陳良研究組合作的最新研究成果“In vivo CRISPR screening unveils histone demethylase UTX as an important epigenetic regulator in lung tumorigenesis”。該研究利用CRISPR/Cas9技術(shù)在體進行大規(guī)模篩選發(fā)現(xiàn)組蛋白去甲基化酶UTX為新的肺癌抑癌基因，深入揭示了UTX失活促進肺癌發(fā)生發(fā)展的分子機制并提供了潛在的治療策略。

 

        癌癥的發(fā)生普遍被認為伴隨著大量的DNA突變，近年來隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，癌癥基因組圖譜趨于完善，越來越多的遺傳改變被研究人員所發(fā)現(xiàn)。在癌癥的發(fā)生發(fā)展過程中，抑癌基因的失活在驅(qū)動腫瘤惡性進展中發(fā)揮了巨大的作用，而如何從大量的基因組突變中區(qū)分和鑒定抑癌基因已經(jīng)成為了癌癥研究中亟待解決的一個重要問題。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因小鼠模型是研究腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個常用工具，費時耗力的缺點顯然已經(jīng)不能滿足大規(guī)模篩選的需求。CRISPR/Cas9技術(shù)近年來在基因組編輯領(lǐng)域大放光彩，簡單方便，讓大規(guī)模系統(tǒng)性的在體篩選成為了可能。

 

        在季紅斌研究員和陳良研究員的指導(dǎo)下，博士研究生吳奇標等利用76例中國肺癌病人樣本進行基因表達譜分析與染色體DNA拷貝數(shù)分析，結(jié)合PRECOG數(shù)據(jù)庫中基因表達高低與臨床預(yù)后相關(guān)性數(shù)據(jù)和COSMIC數(shù)據(jù)庫中基因突變頻率信息進行整合性生物基因組學(xué)分析，尋找一系列潛在抑癌基因。隨后，利用CRISPR/Cas9技術(shù)在Kras^LSL-G12D/+肺癌小鼠模型中進行大規(guī)模的篩選，發(fā)現(xiàn)敲除5個基因Utx,Ptip,Acp5,Acacb和Clu中任意一個都能夠顯著促進肺部腫瘤的發(fā)生發(fā)展。臨床相關(guān)性分析證實，這5個基因在人肺癌臨床樣本中均呈現(xiàn)低表達并且與肺癌病人不良預(yù)后相關(guān)。進一步利用Kras^LSL-G12D/+;Utx^fl/fl轉(zhuǎn)基因小鼠模型證實，敲除組蛋白去甲基化酶UTX確實能夠顯著促進肺部腫瘤的發(fā)生發(fā)展。機制研究發(fā)現(xiàn)，敲除UTX能夠通過EZH2的上調(diào)促進H3K27的三甲基化，進而下調(diào)經(jīng)典抑癌基因CDKN2A和CDKN2B。更為重要的是，臨床前實驗發(fā)現(xiàn)，EZH2的小分子抑制劑JQEZ5能夠在Kras^LSL-G12D/+;Utx^fl/fl轉(zhuǎn)基因小鼠模型中達到很好的治療效果。該項研究闡明了利用CRISPR/Cas9技術(shù)進行在體大規(guī)模篩選的策略，揭示了組蛋白甲基化酶UTX促進肺癌發(fā)生發(fā)展的分子機理并提供了潛在的治療方案。

 

        博士研究生吳奇標、田婭慧、張箭和童欣媛為本文的共同第一作者，該項工作和暨南大學(xué)生命與健康工程研究院陳良研究組合作完成，得到了美國科赫癌癥綜合研究所Tyler Jacks教授、Wen Xue和Francisco J. Sanchez-Rivera，紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心Kwok-Kin Wong教授和中科院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所陳洛南研究員實驗室等的大力支持和幫助。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項目、國家自然科學(xué)基金委、上海市科學(xué)技術(shù)委員會、廣州市科學(xué)技術(shù)委員會、中科院上海生命科學(xué)研究院、中國博士后面上項目與臺灣青年訪問學(xué)者計劃的經(jīng)費資助。