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.2008年9月2日；105(35):12979-84.
doi:10.1073/pnas.0806437105。 Epub 2008年8月27日。

PC3前列腺癌细胞株中Polycomb抑制标记的频繁转换和DNA超甲基化

Einav Nili Gal-Yam公司 1, 格尔达·艾格, 利奥·伊尼古兹, 希瑟枪套, 斯坦格利穆尔·艾纳森, 张新民, 乔伊·C·林, 梁刚宁, 彼得·琼斯, 阿莫斯·塔奈
附属公司

PC3前列腺癌细胞株中Polycomb抑制标记的频繁转换和DNA超甲基化

Einav Nili Gal-Yam公司等。 美国国家科学院程序. .

摘要

表观遗传学重编程通常在癌症中观察到，并被假设涉及多种机制，包括DNA甲基化和多梳抑制复合物（PRCs）。在这里，我们设计了一种新的实验和分析策略，使用定制的高密度瓷砖阵列来研究基因表达、DNA甲基化和Polycomb标记的协调模式，这些标记将前列腺癌细胞与正常细胞区分开来。表观基因组景观中的三个主要变化区分了这两种细胞类型。含有CpG岛的发育重要基因在正常细胞中被PRC沉默，获得DNA甲基化沉默并失去PRC标记（表观遗传转换）。由于这些基因通常是沉默的，这种转换不会引起从头抑制，但可能会显著降低表观遗传可塑性。另外两组基因因无PRC占用的从头DNA甲基化（5mC重编程）或无DNA甲基化的从头PRC占用（PRC重编程”）而沉默。我们的数据表明，这两种沉默机制平行作用于对癌症表观基因组进行重新编程，DNA超甲基化可能取代关键调控基因附近基于多囊的抑制，可能降低其调控可塑性。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1。
图1。
甲基化和基因表达。(A类)M.SssI控件。显示的是免疫沉淀的M.SssI处理的DNA相对于TSS在空间仓中的标准化甲基化水平的中位数。我们分别绘制了三个CpG含量范围的启动子[高CpG（HCG）、中CpG浓度（ICG）和低CpG内容（LCG）]（19）。在每个组中，我们将高表达基因（log2表达>10）与低表达基因（log2表达<7）进行比较。正如预期的那样，对照组三组中每一组的活性和非活性基因的甲基化能力相似。当标准化MeDIP数据时，我们使用M.SssI数据来补偿可变CpG含量。(B类)空间甲基化模式。显示了PrEC的中位数(上部)和PC3（下）相对于TSS，空间盒中的归一化甲基化值。正常细胞在LCG的起始位点附近表现出活性依赖性甲基化缺乏，在ICG中表现出较小程度的甲基化缺乏。在所有CpG含量范围内，癌细胞表现出与不活动相关的甲基化。(C类)表达-甲基化相关性。图中所示为计算出的与TSS和基因表达相关的200 bp基因座甲基化之间的Spearman相关系数。这些图表证实了甲基化和低CpG含量TSS在两种细胞类型中的表达之间的负相关。数据还表明，在癌细胞中建立的高CpG含量启动子的甲基化-表达呈强负相关。
图2。
图2。
PC3细胞中Polycomb标记的增加和减少。(A类)NCCIT、PC3和PrEC细胞中的PRC成分和标记。所示为Western blot结果，描绘了PrEC、PC3和参考NCCIT（生殖细胞肿瘤）细胞中SUZ12、EZH2和H3K27me3的水平。PC3中这些酶和H3K27me3标记的水平很高，与多功能、未分化NCCIT细胞中的水平相当。PrEC细胞中的多梳成分和标记明显较低，但仍有表达。(B类)PC3细胞中H3K27me3/SUZ12的增益和损耗。显示了两个基因组区域。FAM58A区域显示PC3中PRC标记的增加以及DNA甲基化的最小变化。PAX7区域PC3中PRC标记缺失，并获得广泛的DNA超甲基化。
图3。
图3。
表观遗传转换和重编程。(A类)差异DNA甲基化作为H3K27me3的功能改变。所示为标准化PrEC(x个-轴）和PC3(年-轴）反映两倍下降的探针MeDIP值(左侧)，没有变化(中心），或增加两倍(赖特)PC3中H3K27me3占用率相对于PrEC。H3K27me3缺失意味着90%的病例中存在高甲基化(左侧). 仅显示了CpG岛探针的数据；看见图S6针对低CpG含量区域的趋势。(B类)差异H3K27me3作为DNA甲基化变化的函数。所示为PrEC(x个-轴）和PC3(年-轴）反映DNA低甲基化的CpG岛探针的H3K27me3值（>10个标准化MeDIP单位，左侧)，不变的DNA甲基化(中心）和DNA超甲基化（>15个标准化MeDIP单位，赖特). H3K27me3标记的耗竭是在显著部分中观察到的，但不是所有的高甲基化位点。请参见图S6获取非CpG岛探测器的数据。(C类)表观遗传转换和重编程的趋势。为了概率地概括上述散点图中显示的观察结果，并整合来自相邻探针的信息，我们开发了一种基于HMM的新算法，将阵列上的每个探针指定为表观遗传模式(方法和图S7和S8). 所示为散点图中鉴定并经算法证实的三种表观遗传变化模式的基因组实例。PC3中失去PRC标记并获得DNA甲基化的区域被定义为切换位点。在PC3中独立获得PRC标记或5mC标记的区域分别被定义为PRC或5mC重编程位点。阵列上被注释为三种模式中每一种模式的探针百分比显示在基因组示例下面；请注意，这些并不一定代表基因组百分比，因为CpG岛在阵列上的代表性过高。(D类)空间表观遗传模式的功能分析。所示为基因启动子（行）的颜色编码，根据与之相关的表观遗传模式（红色，转换；蓝色，PRC重编程；黄色，5mC重编程）。我们绘制了不同启动子组的数据(上部)和低(下部)CpG含量和不同的表达特性(方法). 白框表示缺失的数据（在重复序列或启动子中，我们的数组中只覆盖了一部分）。数据表明，表观遗传转换在PrEC和PC3细胞中组成性低表达的高CpG含量启动子中起主导作用。受PRC和5mC重编程影响的基因座富含从头开始在PC3中被抑制。
图4。
图4。
DNA甲基化和PRC招募模型。图示为示意图。箭头代表转录；填充（空）圆圈表示甲基化（非甲基化）CpG基因座。(A类和B类)PC3细胞中被动DNA甲基化的示意模型。根据该模型，甲基化系统盲目地甲基化所有未被物理掩盖的CpG。显示了两种可能的掩盖机制，第一种涉及活性基因TSS周围的转录起始复合物（RNA PolII和相关染色质标记），第二种涉及PRC。只有在从头开始DNA甲基化机制是活跃的，无论是在发育早期[其中掩蔽减少了进化中的CpG损失并有助于CpG岛的出现（16）]，还是作为癌症异常调节程序的一部分。支持该模型的实验观察结果包括PC3中沉默TSS的扫频超甲基化（图1）和PC3中失去PRC标记的位点的扫频高甲基化（见图3A类). 通过Polycomb相互作用实现超甲基化的另一种活性模型可以解释在DNA超甲基化建立期间或之后PRC标记的减少。(C类)转录沉默从头开始PRC目标。从头开始PRC占据区域位于我们研究的许多受抑制基因的TSS上游，在hESCs中不被PRC占据的区域，有时是DNA甲基化的区域。因此，根据我们的数据，从头开始癌症PC3细胞中正常活性基因的抑制与两个空间上不重叠的系统联合发生(A类)和PRC(C类)]. 这两种空间分离机制之间的相互作用是可能的（在某些情况下，我们在同一启动子上观察到两者），但相关基因不是那些与人胚胎干细胞中PRC相互作用的基因（面板B类)获得PRC标记的区域与获得DNA甲基化的区域在物理上是分开的。
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