国自然热点“组织蛋白修饰”研究之 组蛋白去乙酰化酶 KDM5D 上调驱动结肠癌的性别差异

Histone demethylase KDM5D upregulation drives sex differences in colon cancer

组蛋白去乙酰化酶 KDM5D 上调驱动结肠癌的性别差异

期刊：Nature         

发表时间：2023-06-21    

影响因子：69.504

结直肠癌（ Colorectal cancer ，CRC）的性别差异——疾病背景

性别对癌症的发病率、范围和结果有着深远的影响，然而这种性别差异的分子和遗传基础尚不明确，并被推定为x染色体基因和性激素所致。这种性别差异在结直肠癌(CRC)中尤为突出，在结直肠癌中男性的转移率和死亡率更高。跨物种分子和转录组学分析显示Y染色体组蛋白去甲基化酶基因KDM5D（由KRAS*介导的STAT4转录因子激活驱动的基因）转录上调。

1. KDM5D与性别特异性KRAS* CRC转移相关

a. 不同性别iKAP和iAP的Kaplan-Meier总生存(OS)分析（中位生存期：雄性：19w，雌性：25w）;

b. 突变型和野生型KRAS生存分析;

c. Kdm5d是唯一具有差异表达的y染色体基因.

根据可变剪接谱而不是基因表达谱，将样本分为两个集群。

2. KDM5D转基因表达促进肿瘤转移和侵袭

a. 三种基因工程小鼠模型方案；

b. 福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)原发性肿瘤组织中Kdm5d总表达量的qPCR分析；

c. 最具侵袭性的原发性肿瘤的代表性图像，淋巴结(LN)和远端转移(Mets)；

d. iAP、iAP- kdm5d(男性和女性)和iKAP的肿瘤TNM(肿瘤、淋巴结、转移)分期的百分比。

接下来研究RBFOX2是否直接影响PDA细胞的转移能力。

a. KRAS*开启与关闭iKAP细胞RNA-seq小鼠/人Kdm5d启动子结合的预测转录因子(TFs)；

b. Stat4表达：dox(+/-)的iKAP细胞的RNA-seq数据；

c.STAT4 ChIP-seq在iKAP细胞中dox(+/-)的meta图；

d. ChIP-seq检测iKAP中STAT4 IP和Kdm5d启动子的结合。

RBFOX2缺失会导致肺转移能力增强：设计一种针对RBFOX2中外显子-内含子交界处的sgRNA（RBFOX2 EIJ sgRNA），从而只沉默内源性的RBFOX2。

4-1. KDM5D破坏细胞与细胞之间的连接

a. iKAP细胞中H3K4me2/3热图；

b. 与a相关的H3K4me2/3的Metaplots；

c. 相关性分析；

d. iKAP细胞Amot的qPCR分析；

e. iKAP细胞迁移的代表图。

为确定RBFOX2的剪接调节活性是否对转移性PDA产生影响。

5.1：KDM5D抑制 MHC-I抗原提呈

a. 所有MHC簇基因的交叉分析；

b. iKAP细胞中Tap1和Tap2的qPCR分析；

c. 流式细胞术检测iKAP细胞表面MHC-I复合物；

d. 流式细胞术检测2mg OVA蛋白和10 ng ml-1 IFNγ处理的iKAP细胞表面OVA 257-264 (SIINFEKL)肽结合MHC-I复合物；

e.CD8+ T细胞杀伤实验中iKAP细胞死亡百分比；

g.免疫组化检测肿瘤侵袭前沿CD8+细胞数量的定量；

h.TCGA男性CRC RNA-seq数据的GSEA。

为确定调节PDA细胞转移过程中，RBFOX2的剪接目标

MXE：mutually exclusive exons (外显子互斥7%)

互斥可变剪接：基因组上串联排列着2个或2个以上相邻可变外显子，有且只有一个可变外显子经过剪接进入到同一个成熟mRNA分子中。互斥外显子的长度相同或者相差3的整倍数

IR：intron retention内含子保留

进一步支持了RBFOX2在PDA中作为转移性肿瘤抑制因子的生物学作用

5.2：KDM5D抑制 MHC-I抗原提呈

f.CD8免疫组化(IHC)的代表性图像。

本研究证实了y染色体基因KDM5D在携带KRAS*突变的男性特异性结直肠癌转移和不良预后的分子和细胞机制。KRAS*激活STAT4增加组蛋白去甲基化酶KDM5D表达，从而抑制控制细胞粘附和免疫识别的基因的表达。iAP背景下KDM5D转基因可促进KRAS*缺失动物的结直肠癌侵袭。

小鼠的分子和表型研究结果与人类CRC相似，为人类KRAS* CRC的性别差异提供了分子生物学基础。

通路机制：

创新点：

1、突破性结果揭示了KRAS突变导致CRC性别差异的机制，以及Y染色体基因KDM5D在癌症中的功能。

2、为临床治疗转移性结直肠癌提供了新思路，为未来治疗CRC的转移提供新的思路和理论基础。