多组学方法表征肺癌转移中上皮细胞-间充质转化解析癌症进展过程

使用Pore-C的全长转录组学、靶向甲基化和染色质构象变化分析，可评估从上皮细胞到间充质的细胞表型转化状态。

图1 研究转移性癌症 EMT 过程中的复杂细胞形态变化

转移性癌症中的EMT涉及细胞形态的广泛变化

上皮细胞-间充质转化 (EMT) 是一种复杂的细胞过程，癌细胞在该过程中失去顶端-基底极性和细胞间粘附性（两者为上皮细胞的特征），并获得间充质细胞的特性（图1a）。获得全新活动能力的间充质细胞能从原发肿瘤部位迁移，通过循环血液扩散到继发部位（图1b），这一过程称为转移。一旦细胞到达继发部位，该转化过程将发生逆转，间充质细胞会恢复为上皮细胞。转移的细胞开始繁殖，最终形成另一个肿瘤。此外，已知在EMT过程中会发生许多表观遗传、转录组学和基因组变化。

图2 使用 TGF-β 处理人肺癌细胞诱导 EMT

对EMT诱导后的细胞进行基于DNA和RNA的全面研究

研究人员在T75培养瓶中培养人HCC827肺腺癌细胞，并用转化生长因子 β (TGF-β) 诱导这些细胞发生EMT。研究人员发现，间充质表型在几天内完全发展出来，其特征为镜下可见细胞形态发生物理变化。转化后，研究人员采集了细胞并提取DNA或RNA（图2）。然后，研究人员按照多种实验方法制备了不同类型的文库，包括全基因组、转录组学和Pore-C。基于此，研究人员生成了多个数据集并进行多组学分析，以尽可能完整地了解EMT过程。

图3 差异性表达、异构体和染色质分析显示标志基因的变化

通过表达、异构体和染色质分析揭示了 EMT 标志基因的变化

研究人员使用DESeq2对对照组和处理组烧瓶中的基因进行了差异表达分析，以识别间充质细胞标志物。这些标志物包括波形蛋白 (VIM)、E-钙粘着蛋白 (CDH1)、N-钙粘着蛋白 (CDH2) 和锌指 E-box结合同源异型盒 2 (ZEB2)（图3a）。研究人员使用Pore-C观察到CDH2的差异性染色质环结构（图3b），表明在钙粘着蛋白转换期间发生了染色质重组。差异转录本使用分析显示，处理组样本中CD44的一个特定异构体出现上调，但如果观察所有异构体，会发现CD44没有差异表达（图3c 和3d）。（注：CD44是一种细胞表面粘附分子，已知有与肿瘤转移相关的选择性剪接转录本。）

图4 自适应采样显示 EMT 位点的靶向甲基化变化

使用自适应采样发现EMT位点的甲基化状态变化

研究人员使用定制的甲基化靶向组合进行自适应采样，以研究差异表达基因所对应基因组位点处的甲基化差异。研究人员在每个基因的上游和下游各添加了一个10kb缓冲区，以包含启动子和附近的调控区。靶向区域用横跨图谱的蓝色条带表示（图4a）。研究人员使用DSS和bsseq，识别了6天后（染色体左侧的紫色三角形）或16天后（右侧的橙色三角形）对照组和处理组之间的差异甲基化区域。6天后，研究人员发现了53个差异性甲基化位点；16天后，研究人员发现了127个差异性甲基化区域。在处理期间，6号染色体上一个组蛋白簇的甲基化发生了上调（图4b）。

相关阅读