eLife：张元豪/马晴/李令杰合作揭示lncRNA促进乳腺癌转移新机制

长非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA，在哺乳动物中大量表达，是基因调控网络中的重要调控因子。目前已发现多种长非编码RNA在肿瘤的发生、发展和转移过程中起到重要作用。

HOTAIR（HOX antisense intergenic RNA）是一种长度为2.2 kb的lncRNA，在乳腺癌等多种癌症中都有过表达，是肿瘤细胞发生转移和扩散及造成死亡的预测因子，那么HOTAIR是否适合作为癌症的治疗靶点呢？

目前诸多研究显示HOTAIR能够调控细胞的表观遗传状态，但是调控机制尚未完全清楚。在表观遗传调控中，存在一种“表观遗传记忆”机制，即一些表观遗传调控因子能诱导细胞基因表达谱长期稳定的改变，即使这些表观遗传调控因子不再持续表达。那么HOTAIR诱导的表观遗传状态的变化是否存在长期的“表观遗传记忆”，这也关系到HOTAIR是否能成为抑制乳腺癌转移的治疗靶点。

2022年12月29日，中科院深圳先进院马晴研究员课题组与斯坦福大学张元豪实验室、上海交通大学李令杰课题组合作，在 eLife 期刊发表了题为：Inducible lncRNA transgenic mice reveal continual role of HOTAIR in promoting breast cancer metastasis 的研究论文。 

该研究首次建立了可诱导过表达人类长非编码RNA HOTAIR的小鼠模型。通过该小鼠模型，该研究展示了HOTAIR过表达能影响肿瘤细胞的染色质开放性程度，从而调控基因表达，并最终促使小鼠乳腺肿瘤向肺部转移。

更重要的是，通过撤除诱导剂来取消HOTAIR的过表达水平后，细胞的染色质开放性和基因表达改变都能有所回复，且细胞转移能力也会降至原来的水平，这说明该促使乳腺癌细胞转移的过程需要HOTAIR的持续表达来维持，这意味着HOTAIR可以作为抑制乳腺肿瘤转移的潜在治疗靶点。

该研究构建了诱导型过表达人类HOTAIR基因的小鼠模型，并将其与能自发产生乳腺肿瘤的小鼠杂交，最终得到了既能诱导过表达人类HOTAIR又能自发产生乳腺肿瘤的小鼠模型。通过该小鼠模型，该研究展示了人类HOTAIR在小鼠中过表达不影响小鼠乳腺肿瘤的增殖，但能促使乳腺肿瘤向肺部转移（图1）。

说明了虽然人类HOTAIR基因和小鼠同源基因在序列上很不一致，但是在功能上仍具有高度的保守性，且该小鼠模型可用于研究人类HOTAIR基因在体内的功能机制。

图1. 诱导过表达HOTAIR促使小鼠乳腺肿瘤向肺转移，但不影响原始肿瘤的重量和数量。 

接下来，该研究从该小鼠的肿瘤组织中分离出乳腺癌细胞，称为iHOT细胞，该细胞在加入诱导剂Dox后能过表达HOTAIR，而撤掉诱导剂后，HOTAIR表达量很快降回原本水平，由此得到了一种可以控制HOTAIR表达量的乳腺癌细胞。通过表型实验发现，该细胞在诱导过表达HOTAIR后转移能力增强，而HOTAIR表达降低后，转移能力也随之减弱（图2）。

图2. iHOT乳腺癌细胞的转移能力随着HOTAIR表达量变化而变化。 

该研究进一步分析了基因表达和染色质开放性情况，发现HOTAIR过表达能调控大量细胞转移相关基因的染色质开放性和表达变化；而撤掉HOTAIR以后，这些染色质开放性和基因表达改变都能回复到初始状态（图3）。这说明HOTAIR诱导的表观遗传状态的改变不具有长期的“表观遗传记忆”效应。这些结果也说明了HOTAIR可以作为一个潜在的抑制肿瘤转移的直接治疗靶点。

图3. HOTAIR诱导的基因表达和染色质开放性变化也随着HOTAIR降低而恢复。 

中科院深圳先进院合成所马晴研究员、斯坦福大学张元豪教授和上海交通大学李令杰教授为本文共同通讯作者，马晴研究员、其课题组助理研究员杨柳依和斯坦福大学Karen Tolentino为共同一作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省合成基因组学重点实验室、深圳市合成基因组学重点实验室、中国科学院战略性先导B培育项目、深圳合成生物学创新研究院等多个项目的支持。

PI与课题组简介：马晴，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员，博士生导师。入选国家重点人才引进计划（青年），国家重点研发计划合成生物学青年项目首席科学家。 课题组主要研究方向：基因组非编码区域以及非编码RNA在干细胞分化和表观遗传调控中的功能和机理，合成生物学非编码RNA工具的发掘和开发。研究成果以一作或通讯作者发表在 Developmental Cell、eLife、Development、Genome Biology 等国际朱书期刊。