多組學方法表徵肺癌轉移中上皮細胞-間充質轉化解析癌症進展過程

使用Pore-C的全長轉錄組學、靶向甲基化和染色質構象變化分析，可評估從上皮細胞到間充質的細胞表型轉化狀態。

圖1 研究轉移性癌症 EMT 過程中的複雜細胞形態變化

轉移性癌症中的EMT涉及細胞形態的廣泛變化

上皮細胞-間充質轉化 (EMT) 是一種複雜的細胞過程，癌細胞在該過程中失去頂端-基底極性和細胞間粘附性（兩者為上皮細胞的特徵），並獲得間充質細胞的特性（圖1a）。獲得全新活動能力的間充質細胞能從原發腫瘤部位遷移，通過循環血液擴散到繼發部位（圖1b），這一過程稱為轉移。一旦細胞到達繼發部位，該轉化過程將發生逆轉，間充質細胞會恢復為上皮細胞。轉移的細胞開始繁殖，最終形成另一個腫瘤。此外，已知在EMT過程中會發生許多表觀遺傳、轉錄組學和基因組變化。

圖2 使用 TGF-β 處理人肺癌細胞誘導 EMT

對EMT誘導後的細胞進行基於DNA和RNA的全面研究

研究人員在T75培養瓶中培養人HCC827肺腺癌細胞，並用轉化生長因子 β (TGF-β) 誘導這些細胞發生EMT。研究人員發現，間充質表型在幾天內完全發展出來，其特徵為鏡下可見細胞形態發生物理變化。轉化後，研究人員採集了細胞並提取DNA或RNA（圖2）。然後，研究人員按照多種實驗方法製備了不同類型的文庫，包括全基因組、轉錄組學和Pore-C。基於此，研究人員生成了多個數據集並進行多組學分析，以儘可能完整地了解EMT過程。

圖3 差異性表達、異構體和染色質分析顯示標誌基因的變化

通過表達、異構體和染色質分析揭示了 EMT 標誌基因的變化

研究人員使用DESeq2對對照組和處理組燒瓶中的基因進行了差異表達分析，以識別間充質細胞標誌物。這些標誌物包括波形蛋白 (VIM)、E-鈣粘著蛋白 (CDH1)、N-鈣粘著蛋白 (CDH2) 和鋅指 E-box結合同源異型盒 2 (ZEB2)（圖3a）。研究人員使用Pore-C觀察到CDH2的差異性染色質環結構（圖3b），表明在鈣粘著蛋白轉換期間發生了染色質重組。差異轉錄本使用分析顯示，處理組樣本中CD44的一個特定異構體出現上調，但如果觀察所有異構體，會發現CD44沒有差異表達（圖3c 和3d）。（註：CD44是一種細胞表面粘附分子，已知有與腫瘤轉移相關的選擇性剪接轉錄本。）

圖4 自適應採樣顯示 EMT 位點的靶向甲基化變化

使用自適應採樣發現EMT位點的甲基化狀態變化

研究人員使用定製的甲基化靶向組合進行自適應採樣，以研究差異表達基因所對應基因組位點處的甲基化差異。研究人員在每個基因的上游和下游各添加了一個10kb緩衝區，以包含啟動子和附近的調控區。靶向區域用橫跨圖譜的藍色條帶表示（圖4a）。研究人員使用DSS和bsseq，識別了6天後（染色體左側的紫色三角形）或16天後（右側的橙色三角形）對照組和處理組之間的差異甲基化區域。6天後，研究人員發現了53個差異性甲基化位點；16天後，研究人員發現了127個差異性甲基化區域。在處理期間，6號染色體上一個組蛋白簇的甲基化發生了上調（圖4b）。

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