Пространственная организация хроматина промоторной области гена ZEB1 в клетках протоковой аденокарциномы поджелудочной железы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (Pancreatic Ductal AdenoCarcinoma, PDAC) является одной из наиболее устойчивых к терапии опухолей. Культуры клеток, происходящих из разных стадий развития PDAC, различаются уровнем экспрессии ряда транскрипционных факторов. В частности, низкодифференцированные высокозлокачественные клетки PDAC отличаются повышенной экспрессией гена ZEB1, кодирующего многофункциональный фактор транскрипции ZEB1, один из основных регуляторов эпителиально-мезенхимального перехода. Методом циркулярной идентификации конформации хромосомы (Circular chromosome conformation capture, 4C) мы изучали пространственную организацию хроматина, включающего регуляторные области гена ZEB1, в высокодифференцированных клетках PDAC линии Capan2 с низким уровнем экспрессии ZEB1 и в низкодифференцированных клетках PDAC линии MIA PaCa2 c высоким уровнем экспрессии этого гена и сравнивали ее с организацией хроматина гена KLF5. Число и распределение контактов регуляторной области ZEB1 с другими областями хроматина сходны в этих типах клеток и существенно отличаются от распределения контактов регуляторной области ранее изученного нами гена KLF5. В клетках Capan2 контакты регуляторной области гена ZEB1 предпочтительно располагаются в районах с повышенным уровнем модификации H3K27ac, тогда как в клетках MIA PaCa2 эти контакты находятся в районах с пониженным уровнем модификации H3K27ac. Следовательно, вероятность контакта удаленных областей хроматина определяется в первую очередь не степенью открытости/активности хроматина данной области. Для объяснения полученных данных мы предположили, что основным регулятором уровня транскрипции гена ZEB1 в исследованных клетках является транскрипционный репрессор, тогда как в случае гена KLF5 таким регулятором служит транскрипционный активатор. По ряду свойств одним из возможных кандидатов на роль этого репрессора может быть продукт гена ZNF438. Кроме того, нами охарактеризован ряд контактирующих с промотором ZEB1 областей, специфичных для клеток MIA PaCa2 и содержащих потенциальные регуляторы активности этого гена.

Об авторах

М. В. Зиновьева

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Москва, 117997 Россия

Л. Г. Николаев

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: lev@ibch.ru; kinvel@gmail.com
Москва, 117997 Россия

Список литературы

  1. Kalluri R., Weinberg R.A. (2009) The basics of epithelial-mesenchymal transition. J. Clin. Invest. 119, 1420–1428.
  2. Wang S., Huang S., Sun Y.L. (2017) Epithelial-mesenchymal transition in pancreatic cancer: a review. Biomed. Res. Int. 2017, 2646148.
  3. Drapela S., Bouchal J., Jolly M.K., Culig Z., Soucek K. (2020) ZEB1: a critical regulator of cell plasticity, dna damage response, and therapy resistance. Front. Mol. Biosci. 7, 36.
  4. Williams T.M., Moolten D., Burlein J., Romano J., Bhaerman R., Godillot A., Mellon M., Rauscher F.J., 3rd, Kant J.A. (1991) Identification of a zinc finger protein that inhibits IL-2 gene expression. Science. 254, 1791–1794.
  5. Williams T.M., Montoya G., Wu Y., Eddy R.L., Byers M.G., Shows T.B. (1992) The TCF8 gene encoding a zinc finger protein (Nil-2-a) resides on human chromosome 10p11.2. Genomics. 14, 194–196.
  6. Remacle J.E., Kraft H., Lerchner W., Wuytens G., Collart C., Verschueren K., Smith J.C., Huylebroeck D. (1999) New mode of DNA binding of multi-zinc finger transcription factors: deltaEF1 family members bind with two hands to two target sites. EMBO J. 18, 5073–5084.
  7. Madany M., Thomas T., Edwards L.A. (2018) The curious case of ZEB1. Discoveries (Craiova). 6, e86.
  8. Wellner U., Brabletz T., Keck T. (2010) ZEB1 in pancreatic cancer. Cancers (Basel). 2, 1617–1628.
  9. Aigner K., Dampier B., Descovich L., Mikula M., Sultan A., Schreiber M., Mikulits W., Brabletz T., Strand D., Obrist P., Sommergruber W., Schweifer N., Wernitznig A., Beug H., Foisner R., Eger A. (2007) The transcription factor ZEB1 (deltaEF1) promotes tumour cell dedifferentiation by repressing master regulators of epithelial polarity. Oncogene. 26, 6979–6988.
  10. Eger A., Aigner K., Sonderegger S., Dampier B., Oehler S., Schreiber M., Berx G., Cano A., Beug H., Foisner R. (2005) DeltaEF1 is a transcriptional repressor of E-cadherin and regulates epithelial plasticity in breast cancer cells. Oncogene. 24, 2375–2385.
  11. Grooteclaes M.L., Frisch S.M. (2000) Evidence for a function of CtBP in epithelial gene regulation and anoikis. Oncogene. 19, 3823–3828.
  12. Gregory P.A., Bert A.G., Paterson E.L., Barry S.C., Tsykin A., Farshid G., Vadas M.A., Khew-Goodall Y., Goodall G.J. (2008) The miR-200 family and miR-205 regulate epithelial to mesenchymal transition by targeting ZEB1 and SIP1. Nat. Cell Biol. 10, 593–601.
  13. Park S.M., Gaur A.B., Lengyel E., Peter M.E. (2008) The miR-200 family determines the epithelial phenotype of cancer cells by targeting the E-cadherin repressors ZEB1 and ZEB2. Genes Dev. 22, 894–907.
  14. Bracken C.P., Gregory P.A., Kolesnikoff N., Bert A.G., Wang J., Shannon M.F., Goodall G.J. (2008) A double-negative feedback loop between ZEB1-SIP1 and the microRNA-200 family regulates epithelial-mesenchymal transition. Cancer Res. 68, 7846–7854.
  15. Feng J., Hu S., Liu K., Sun G., Zhang Y. (2022) The role of microRNA in the regulation of tumor epithelial-mesenchymal transition. Cells. 11, 1981.
  16. Balestrieri C., Alfarano G., Milan M., Tosi V., Prosperini E., Nicoli P., Palamidessi A., Scita G., Diaferia G. R., Natoli G. (2018) Co-optation of tandem DNA repeats for the maintenance of mesenchymal identity. Cell. 173, 1150–1164 e1114.
  17. Diaferia G.R., Balestrieri C., Prosperini E., Nicoli P., Spaggiari P., Zerbi A., Natoli G. (2016) Dissection of transcriptional and cis-regulatory control of differentiation in human pancreatic cancer. EMBO J. 35, 595–617.
  18. Абжалимов И.Р., Зиновьева М.В., Николаев Л.Г., Копанцева М.Р., Копанцев Е.П., Свердлов Е.Д. (2017) Экспрессия генов транскрипционных факторов в линиях клеток, соответствующих разным стадиям прогрессии рака поджелудочной железы. Докл. РАН. 475, 333–335.
  19. Bronsert P., Kohler I., Timme S., Kiefer S., Werner M., Schilling O., Vashist Y., Makowiec F., Brabletz T., Hopt U.T., Bausch D., Kulemann B., Keck T., Wellner U.F. (2014) Prognostic significance of zinc finger E-box binding homeobox 1 (ZEB1) expression in cancer cells and cancer-associated fibroblasts in pancreatic head cancer. Surgery. 156, 97–108.
  20. Chava S., Gayatri M.B., Reddy A.B.M. (2019) EMT contributes to chemoresistance in pancreatic cancer. In: Breaking Tolerance to Pancreatic Cancer Unresponsiveness to Chemotherapy.Ed. Nagaraju G. P. Elsevier, pp. 25–43.
  21. Renthal N.E., Chen C.C., Williams K.C., Gerard R.D., Prange-Kiel J., Mendelson C.R. (2010) miR-200 family and targets, ZEB1 and ZEB2, modulate uterine quiescence and contractility during pregnancy and labor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107, 20828–20833.
  22. Anose B.M., Sanders M.M. (2011) Androgen receptor regulates transcription of the ZEB1 transcription factor. Int. J. Endocrinol. 2011, 903918.
  23. Barakat T.S., Halbritter F., Zhang M., Rendeiro A.F., Perenthaler E., Bock C., Chambers I. (2018) Functional dissection of the enhancer repertoire in human embryonic stem cells. Cell Stem Cell. 23, 276–288 e278.
  24. Hansen T.J., Hodges E. (2022) ATAC-STARR-seq reveals transcription factor-bound activators and silencers across the chromatin accessible human genome. Genome Res. 32, 1529–1541.
  25. Fishilevich S., Nudel R., Rappaport N., Hadar R., Plaschkes I., Iny Stein T., Rosen N., Kohn A., Twik M., Safran M., Lancet D., Cohen D. (2017) GeneHancer: genome-wide integration of enhancers and target genes in GeneCards. Database (Oxford). 2017, bax028.
  26. Hammal F., de Langen P., Bergon A., Lopez F., Ballester B. (2022) ReMap 2022: a database of human, mouse, Drosophila and Arabidopsis regulatory regions from an integrative analysis of DNA-binding sequencing experiments. Nucl. Acids Res. 50, D316–D325.
  27. Зиновьева М.В., Николаев Л.Г. (2024) Пространственная организация хроматина промоторной области гена KLF5 в клетках протоковой аденокарциномы поджелудочной железы. Молекуляр. биология. 58, 756–771.
  28. Luo Y., Chen C. (2021) The roles and regulation of the KLF5 transcription factor in cancers. Cancer Sci. 112, 2097–2117.
  29. van de Werken H.J., de Vree P.J., Splinter E., Holwerda S.J., Klous P., de Wit E., de Laat W. (2012) 4C technology: protocols and data analysis. Methods Enzymol. 513, 89–112.
  30. Shen W., Le S., Li Y., Hu F. (2016) SeqKit: a cross-platform and ultrafast toolkit for FASTA/Q file manipulation. PLoS One. 11, e0163962.
  31. Langmead B., Trapnell C., Pop M., Salzberg S.L. (2009) Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome. Genome Biol. 10, R25.
  32. Li H., Handsaker B., Wysoker A., Fennell T., Ruan J., Homer N., Marth G., Abecasis G., Durbin R. (2009) The sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics. 25, 2078–2079.
  33. Thongjuea S., Stadhouders R., Grosveld F.G., Soler E., Lenhard B. (2013) r3Cseq: an R/Bioconductor package for the discovery of long-range genomic interactions from chromosome conformation capture and next-generation sequencing data. Nucl. Acids Res. 41, e132.
  34. Klein F.A., Pakozdi T., Anders S., Ghavi-Helm Y., Furlong E.E., Huber W. (2015) FourCSeq: analysis of 4C sequencing data. Bioinformatics. 31, 3085–3091.
  35. Geeven G., Teunissen H., de Laat W., de Wit E. (2018) peakC: a flexible, non-parametric peak calling package for 4C and Capture-C data. Nucl. Acids Res. 46, e91.
  36. Kent W.J., Sugnet C.W., Furey T.S., Roskin K.M., Pringle T.H., Zahler A.M., Haussler D. (2002) The human genome browser at UCSC. Genome Res. 12, 996–1006.
  37. Lee B.T., Barber G.P., Benet-Pages A., Casper J., Clawson H., Diekhans M., Fischer C., Gonzalez J.N., Hinrichs A.S., Lee C.M., Muthuraman P., Nassar L.R., Nguy B., Pereira T., Perez G., Raney B.J., Rosenbloom K.R., Schmelter D., Speir M.L., Wick B.D., Zweig A.S., Haussler D., Kuhn R.M., Haeussler M., Kent W.J. (2022) The UCSC Genome Browser database: 2022 update. Nucl. Acids Res. 50, D1115–D1122.
  38. Moore J.E., Purcaro M.J., Pratt H.E., Epstein C.B., Shoresh N., Adrian J., Kawli T., Davis C.A., Dobin A., Kaul R., Halow J., Van Nostrand E.L., Freese P., Gorkin D.U., Shen Y., He Y., Mackiewicz M., Pauli-Behn F., Williams B.A., Mortazavi A., Keller C.A., Zhang X.O., Elhajjajy S.I., Huey J., Dickel D.E., Snetkova V., Wei X., Wang X., Rivera-Mulia J.C., Rozowsky J., Zhang J., Chhetri S.B., Victorsen A., White K.P., Visel A., Yeo G.W., Burge C.B., Lecuyer E., Gilbert D.M., Dekker J., Rinn J., Mendenhall E.M., Ecker J.R., Kellis M., Klein R.J., Noble W.S., Kundaje A., Guigo R., Farnham P.J., Cherry J.M., Myers R.M., Ren B., Graveley B.R., Gerstein M.B., Pennacchio L.A., Snyder M.P., Bernstein B.E., Wold B., Hardison R.C., Gingeras T.R., Stamatoyannopoulos J.A., Weng Z. (2020) Expanded encyclopaedias of DNA elements in the human and mouse genomes. Nature. 583, 699–710.
  39. Barrett T., Wilhite S.E., Ledoux P., Evangelista C., Kim I.F., Tomashevsky M., Marshall K.A., Phillippy K.H., Sherman P.M., Holko M., Yefanov A., Lee H., Zhang N., Robertson C.L., Serova N., Davis S., Soboleva A. (2013) NCBI GEO: archive for functional genomics data sets – update. Nucl. Acids Res. 41, D991–995.
  40. Stelzer G., Rosen N., Plaschkes I., Zimmerman S., Twik M., Fishilevich S., Stein T.I., Nudel R., Lieder I., Mazor Y., Kaplan S., Dahary D., Warshawsky D., Guan-Golan Y., Kohn A., Rappaport N., Safran M., Lancet D. (2016) The GeneCards suite: from gene data mining to disease genome sequence analyses. Curr. Protoc. Bioinformatics. 54, 1.30.1–1.30.33.
  41. Collisson E.A., Sadanandam A., Olson P., Gibb W.J., Truitt M., Gu S., Cooc J., Weinkle J., Kim G.E., Jakkula L., Feiler H.S., Ko A.H., Olshen A.B., Danenberg K.L., Tempero M.A., Spellman P.T., Hanahan D., Gray J.W. (2011) Subtypes of pancreatic ductal adenocarcinoma and their differing responses to therapy. Nat. Med. 17, 500–503.
  42. Wani A.H., Boettiger A.N., Schorderet P., Ergun A., Munger C., Sadreyev R.I., Zhuang X., Kingston R.E., Francis N.J. (2016) Chromatin topology is coupled to Polycomb group protein subnuclear organization. Nat. Commun. 7, 10291.
  43. de Wit E., Vos E.S., Holwerda S.J., Valdes-Quezada C., Verstegen M.J., Teunissen H., Splinter E., Wijchers P.J., Krijger P.H., de Laat W. (2015) CTCF binding polarity determines chromatin looping. Mol. Cell. 60, 676–684.
  44. Gao F., Wei Z., Lu W., Wang K. (2013) Comparative analysis of 4C-Seq data generated from enzyme-based and sonication-based methods. BMC Genomics. 14, 345.
  45. Shrestha S., Oh D.H., McKowen J.K., Dassanayake M., Hart C.M. (2018) 4C-seq characterization of Drosophila BEAF binding regions provides evidence for highly variable long-distance interactions between active chromatin. PLoS One. 13, e0203843.
  46. Cortesi A., Gandolfi F., Arco F., Di Chiaro P., Valli E., Polletti S., Noberini R., Gualdrini F., Attanasio S., Citron F., Ho I.L., Shah R., Yen E.Y., Spinella M.C., Ronzoni S., Rodighiero S., Mitro N., Bonaldi T., Ghisletti S., Monticelli S., Viale A., Diaferia G.R., Natoli G. (2024) Activation of endogenous retroviruses and induction of viral mimicry by MEK1/2 inhibition in pancreatic cancer. Sci Adv. 10, eadk5386.
  47. Kimura H. (2013) Histone modifications for human epigenome analysis. J. Hum Genet. 58, 439–445.
  48. Saxton M.N., Morisaki T., Krapf D., Kimura H., Stasevich T.J. (2023) Live-cell imaging uncovers the relationship between histone acetylation, transcription initiation, and nucleosome mobility. Sci. Adv. 9, eadh4819.
  49. Panigrahi A., O’Malley B.W. (2021) Mechanisms of enhancer action: the known and the unknown. Genome Biol. 22, 108.
  50. Xu Z., Lee D.S., Chandran S., Le V.T., Bump R., Yasis J., Dallarda S., Marcotte S., Clock B., Haghani N., Cho C.Y., Akdemir K.C., Tyndale S., Futreal P.A., McVicker G., Wahl G.M., Dixon J.R. (2022) Structural variants drive context-dependent oncogene activation in cancer. Nature. 612, 564–572.
  51. Zhang Z., Wu C., Wang S., Huang W., Zhou Z., Ying K., Xie Y., Mao Y. (2002) Cloning and characterization of ARHGAP12, a novel human rhoGAP gene. Int. J. Biochem. Cell Biol. 34, 325–331.
  52. Fei H., Shi X., Sun D., Yang H., Wang D., Li K., Si X., Hu W. (2024) Integrated analysis identified the role of three family members of ARHGAP in pancreatic adenocarcinoma. Sci. Rep. 14, 11790.
  53. Zhong Z., Wan B., Qiu Y., Ni J., Tang W., Chen X., Yang Y., Shen S., Wang Y., Bai M., Lang Q., Yu L. (2007) Identification of a novel human zinc finger gene, ZNF438, with transcription inhibition activity. J. Biochem. Mol. Biol. 40, 517–524.
  54. Popay T.M., Dixon J.R. (2022) Coming full circle: on the origin and evolution of the looping model for enhancer-promoter communication. J. Biol. Chem. 298, 102117.
  55. Golov A.K., Gavrilov A.A., Kaplan N., Razin S.V. (2024) A genome-wide nucleosome-resolution map of promoter-centered interactions in human cells corroborates the enhancer-promoter looping model. Elife. 12, RP91596.
  56. Quinlan A.R., Hall I.M. (2010) BEDTools: a flexible suite of utilities for comparing genomic features. Bioinformatics. 26, 841–842.
  57. Creyghton M.P., Cheng A.W., Welstead G.G., Kooistra T., Carey B.W., Steine E.J., Hanna J., Lodato M.A., Frampton G.M., Sharp P.A., Boyer L.A., Young R.A., Jaenisch R. (2010) Histone H3K27ac separates active from poised enhancers and predicts developmental state. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107, 21931–21936.
  58. Zhang T., Zhang Z., Dong Q., Xiong J., Zhu B. (2020) Histone H3K27 acetylation is dispensable for enhancer activity in mouse embryonic stem cells. Genome Biol. 21, 45.
  59. Medina-Rivera A., Santiago-Algarra D., Puthier D., Spicuglia S. (2018) Widespread enhancer activity from core promoters. Trends Biochem Sci. 43, 452–468.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025