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CUT&Tag助力医学研究,探索疾病发生机理
2023年02月06日

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CUT&Tag技术作为DNA-蛋白质互作研究技术的黑马,能高效建立目的蛋白结合位点的全基因组图谱,基于CUT&Tag能兼容极低起始细胞投入量,有效解决了细胞数量少的珍贵样本的实验问题,该技术已经在肿瘤、胚胎、发育生物学、神经生物学等研究领域崭露头角,逐步获得了业内人士的好评和认可。在医学研究领域中,CUT&Tag技术扮演着尤为重要的角色。


01
宫颈癌


癌细胞转移的分子机制研究在癌症生物学的地位举足轻重,转移是宫颈癌(Cervical cancer ,CC)患者死亡的主要原因。2022年8月,北京协和医学院吴令英老师课题组在J Exp Clin Cancer Res(IF: 12.658)发表了题为ALKBH5-mediated m6A modification of circCCDC134 facilitates cervical cancer metastasis by enhancing HIF1A transcription的研究论文,梁磊磊为第一作者。该研究发现CC组织中CircCCDC134显著上调,而CircCCDC134沉默组的转移数量明显减少(图1),m6A修饰增强了CircCCDC134的稳定性。


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图1. 在24个肿瘤和10个转移组织及CC细胞中CircCCDC134过表达的qRT-PCR结果


通过RNA pulldown 技术和ChIRPMS分析发现CircCCDC134与ALKBH5,YTHDF2和p56等多种蛋白质互作。另外,该研究通过CUT&Tag技术发现p65结合了7.34%基因的上游5k区,这些基因位点包含了基因启动子区(图2)。


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图2. p65 CUT&Tag TSS富集图


通过组合p65的AnimalTFDB 3.0数据、si-CircCCDC134 mRNA序列数据、CC mRNA序列和p65 ChIP序列数据,发现了基因HIF1A的表达变化。p65和si-circCCDC134转染可以激活HIF1A的表达。免疫组织化学显示,在异种移植生长和肺转移模型中,HIF1A的表达与circCCDC134的表达呈正相关(图3)。


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图3. HIF1A的表达与circCCDC134的表达呈正相关


该研究突出了m6A去甲基化酶在circCCDC134表达中的重要性,以及circCCDC 134在增强细胞质和细胞核中HIF1A转录中的关键作用。这些发现揭示了新的分子机制,并为制定CC转移的有效治疗策略提供了新的见解。



02
类风湿性关节炎


类风湿是一种自身免疫性疾病,以手和脚的小关节对称性疼痛,肿胀,僵硬不灵活为主要表现,晚期可致关节变形和关节的功能丧失。南京医科大学王晓明老师课题组于2022年9月在Nature Immunology(IF: 31.250)发表了题为“Jmjd1c demethylates STAT3 to restrain plasma cell differentiation and rheumatoid arthritis”的研究论文,该研究发现类风湿性关节炎患者(RA)的外周血单个核细胞(PBMC)中Jmjd1c的表达显著低于健康对照组(HC)(图4)。


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图4. 基于转录组数据HC和RA的PBMC中Jmjd1c表达的比较


本研究通过IL-6刺激不同基因型的B细胞,并通过磷酸化STAT3(pSTAT3)的细胞内染色来评估STAT3的活化。我们发现,Jmjd1c缺陷的B细胞在所有评估的时间点都具有较高水平的pSTAT3(图5)。


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图5.用 10 ng ml−1IL-6 在不同时间刺激 Jmjd1c+/+Mb1Cre+和 Jmjd1cfl/fl Mb1Cre+小鼠的B 细胞,并通过荧光激活细胞分选(FACS)分析 pSTAT3 水平。


对从Jmjd1c缺陷或WT小鼠中分离的GC B细胞进行RNA序列分析。与激活的B细胞类似,Jmjd1c丢失导致GC B细胞中IL-6–STAT3信号传导增加(图6)。


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图6. RA 患者 PBMC 中 CD27+CD38hi ASC 的流式细胞术分析,和 PBMC B 细胞中 Jmjd1c转录产物与 CD27+CD38hi ASC 百分比的相关性分析。

Jmjd1c通常被称为H3K9脱甲基酶,并通过去除H3K9me2修饰31诱导基因表达。该研究还通过CUT&Tag分析了H3K9me2的全基因组沉积,并发现Jmjd1c WT和KO B细胞之间的总峰值信号强度也相当(图7)。这些数据表明,Jmjd1c可能以非经典方式调节STAT3磷酸化,独立于组蛋白去甲基化。


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图7. Jmjd1c不调节B细胞中的H3K9甲基化


在这项研究中,通过比较Jmjd1c B细胞缺陷小鼠和STAT3CA B细胞过度表达小鼠,证明了仅在B细胞中过度激活STAT3足以加重RA疾病。鉴于Jmjd1c的作用似乎对B细胞类型和浆细胞分化过程非常特殊,激活Jmjd1c可能用于RA治疗的替代策略。



03
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