《Cancer Discovery》：LINE-1 Locus Transcription Nucleates Oncogenic Chromatin Architecture
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在癌症中，反转录转座子通常被重新激活，其移动性会导致基因改变，但其基因产物是否在致突变性之外对癌症有其他贡献尚不清楚。本研究揭示了长散布元件-1（LINE-1）RNA的染色质相关功能，发现LINE-1转录活性通过介导染色质结构形成来调控癌症基因表达，为癌症中LINE-1频繁再激活提供了生物学依据。
在人类基因组中，存在着被称为“基因组的寄生虫”的移动元件——转座元件（TE）。长散布元件-1（LINE-1）家族是唯一在人类中具有自主活性的反转录转座子。在大多数体细胞组织中，由于其潜在的致突变性，LINE-1的表达受到多种机制的抑制。然而，在癌症中，表观遗传失调导致包括LINE-1在内的许多转座元件重新被激活。虽然LINE-1的逆转座作用可能导致基因组结构变异，并在极少数情况下通过插入诱变驱动肿瘤发生，但LINE-1的基因产物是否在逆转座作用之外，在癌细胞中具有其他功能，目前尚不清楚。为了探索这一问题，一项发表在《Cancer Discovery》上的研究就此展开。
研究人员首先对多种人类癌细胞系进行了分析，以探究LINE-1 RNA的亚细胞定位特征。他们通过生化分级分离、单分子RNA荧光原位杂交（smRNA-FISH）、染色质分离RNA测序（ChIRP-seq）和代谢标记RNA测序等方法，发现LINE-1 RNA主要存在于与染色质相关的新生转录本中，并且与它们的转录位点相关联。这些转录本是动态转录的，并迅速被降解，类似于顺式作用调控性非编码RNA。进一步的研究表明，在癌症细胞中表达的LINE-1序列主要来源于具有细胞类型特异性的、进化上年轻的LINE-1基因座。研究人员还开发了一种长读长染色质构象捕获方法，称为LINE-1捕获孔-C（L1CaP-C），用于解析LINE-1为中心的染色质相互作用，从而能够识别在癌细胞中形成染色质结构的高度互作的LINE-1基因座（HILLs）。研究发现，HILLs是高度互作的LINE-1基因座，它们与活跃的染色质特征相关联，并且与高表达的基因相互作用。HILLs在很大程度上具有细胞类型特异性，这表明它们的形成受到细胞类型特异性调控因子的控制。
为了验证LINE-1转录是否驱动染色质相互作用，研究人员设计了靶向LINE-1 5‘非翻译区（5′UTR）的反义寡核苷酸（ASO）来消耗LINE-1核RNA。结果发现，全局性的LINE-1 RNA耗竭导致HILLs的染色质相互作用减少，表明LINE-1转录是这些染色质结构组装和/或维持所必需的。反之，通过在“基因组整合优化区域2”（Rogi2）安全港基因座中整合一个可诱导的全长LINE-1报告基因，研究人员发现LINE-1转录本身足以在基因组中建立新的长程染色质相互作用。这表明LINE-1的转录活性具有组织染色质结构的功能。
在功能层面，耗竭LINE-1 RNA会下调与癌症相关的通路基因，如MYC和KRAS信号传导，并抑制细胞增殖。相反，一些与p53依赖性DNA损伤反应、炎症和凋亡细胞因子信号传导相关的基因集被上调。靶向删除单个LINE-1基因座也会导致其相互作用的基因表达下调。最后，通过RNA特异性亲和蛋白质组学（ChIRP-MS），研究人员鉴定出与LINE-1 5‘UTR转录本相关的蛋白质，包括LINE-1 ORF1p和一组与染色质结构相关的RNA结合蛋白，如支架附着因子B（SAFB）、SAFB2、SAFB样转录调节因子（SLTM）和RBMX。对SAFB、SAFB2和SLTM的三重敲低（TKD）分析表明，这些蛋白的缺失会影响与LINE-1耗竭重叠的基因集，提示这些蛋白可能在LINE-1介导的染色质互作和基因调控中发挥作用。
综上所述，本研究揭示LINE-1 RNA主要是与染色质相关的新生转录本，来源于具有细胞类型特异性的年轻LINE-1基因座。这些基因座的转录与致癌基因控制相关联，其机制是通过转录依赖性的基因组三维结构重组。研究人员发现了一类高度互作的LINE-1基因座（HILLs），它们能形成染色质结构枢纽。LINE-1转录是这些染色质相互作用形成所必需且充分的，并且调控着致癌基因的表达。研究还鉴定出可能与这一过程相关的染色质结构相关RNA结合蛋白。这项研究的结论是，除了其致突变潜力外，反转录转座子还通过其转录活性介导染色质结构，从而调控癌症基因的表达。这为理解癌症中LINE-1频繁重新激活的生物学意义提供了新的视角，揭示了癌细胞可能利用LINE-1表达来重构三维基因组结构以支持致癌程序的新机制，为未来的癌症研究和治疗策略提供了新的潜在靶点。
