Nature背靠背 | FOXA1突变与前列腺癌发展的调控机制
撰文 | 伊凯
前列腺癌是全球范围内第二常见的癌症，也是数十个国家中男性最常见的癌症，仅2018年，全世界就有约2000万新发病例和1000万死亡病例【1】。包括TCGA在内的多个对前列腺癌进行大规模基因组分析研究陆续发现了一些在前列腺癌样本中高度突变或异常表达的关键基因【2,3】，其中就包括转录因子FOXA1【4,5】。然而，FOXA1突变的功能性后果及其对前列腺癌发生发展的具体作用机制迄今为止还未得到深入剖析。
2019年6月26日，来自美国纪念斯隆·凯特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）和威尔·康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）的多个课题组联合在Nature上发表了题为FOXA1 mutationsalter pioneering activity, differentiation and prostate cancer phenotypes 的研究，此外，来自密西根大学的 Arul M. Chinnaiyan课题组同样背靠背在Nature发表了类似的研究结果，共同报道了关键转录因子FOXA1在促前列腺癌发生中的作用机制。
首先，为验证FOXA1在前列腺癌患者中的突变状态，作者对由多个公开和非公开数据集组成的多达3086个样本的前列腺癌数据集进行了分析，发现FOXA1在约8%的患者样本中发生体细胞突变。令人惊讶的是，其中有超过一半的突变均发生在隶属于FOXA1与DNA结合位点的Wing2结构域上。另有5.4%和1.6%的突变分别发生在DNA结合区的另外两个位点上。上述位点中有多个均被认为是负责FOXA1和DNA的直接结合。这一结果暗示了FOXA1的突变可能通过影响其发挥转录调控功能而促进了前列腺癌的发生。
为了详细研究各类突变对FOXA1在前列腺环境中的功能影响，作者构建了十数个不同的FOXA1突变体，并检测了其在转录功能活性上的差异。结果发现，除了R219C/S突变外，其余突变均显著增强FOXA1的转录功能活性（下图a）。在对癌细胞状态的影响方面，FOXA1的几乎所有突变体都使得前列腺癌细胞具有显著更高的增殖速率及更强的类组织腔室形成的能力（下图c、d）。
由于FOXA1已知为核受体兼转录因子——雄激素受体（androgen receptor, AR）的辅因子【6】，且TCGA数据集中的FOXA1突变型前列腺癌肿瘤样本具有显著高于正常样本的雄激素受体分数，因此作者利用染色质免疫沉淀测序技术（ChIP-seq）对野生型及各类突变型FOXA1对AR和FOXA1本身在全基因组范围的DNA结合位点进行了研究，发现过表达FOXA1使得AR的结合位点显著减少，而FOXA1本身在这些位点上的结合则显著增多。不过，后一效应仅在R219S突变体上显现，而Wing2突变体却几乎没有，表明这两类突变体在改变FOXA1对AR位点的占有程度上具有很大的差异，从而提示了它们的不同功能分工。
最后，由于FOXA1本身还是一个先驱转录因子（pioneer transcription factor），因此其亦可能具有在调控染色质可接近性（chromosome accessibility）方面的角色。为了探究上述各类FOXA1突变体经由改变染色质可接近性影响前列腺癌细胞状态的可能性，作者对多个FOXA1过表达细胞系进行了ATAC-seq测序，结果发现野生型及两种FOXA1突变体均显著增加染色质开放位点，而两种突变体在发挥此效应时更快、更强。基于染色质位点开放程度的聚类分析指出野生型和突变型FOXA1在对具体位点的影响上亦有相当程度的差异，再次表明不同的突变位点对FOXA1的调控角色具有十分不同的影响。
总之，该项研究首次系统性地研究了多个广泛存在于前列腺癌患者中的关键转录因子FOXA1突变体在促进前列腺癌发生与发展过程中的多样化角色与共同特征。在表现型上，它们几乎都增强了前列腺癌细胞的增殖和凝聚能力；而在具体分子机制上，它们则都展现出对自身转录活性、DNA结合能力和染色质开放能力的增强。因此，这一研究无疑填补了FOXA1突变功能性后果的空白，为人们深入理解前列腺癌发生机制及寻找靶向治疗位点提供了十分有价值的参考。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1318-9；
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1347-4
制版人：小娴子
参考文献
1. Bray, F. et al. Global cancer statistics 2018: GLOBOCANestimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries.CA. Cancer J. Clin. (2018). doi:10.3322/caac.21492
2. Grasso, C. S. et al. Themutational landscape of lethal castration-resistant prostate cancer. Nature(2012). doi:10.1038/nature11125
3. Quigley, D. A. et al. GenomicHallmarks and Structural Variation in Metastatic Prostate Cancer. Cell 174,758-769.e9 (2018).
4. Hurtado, A., Holmes, K. A., Ross-Innes,C. S., Schmidt, D. & Carroll, J. S. FOXA1 is a key determinant of estrogenreceptor function and endocrine response. Nat. Genet. (2011).doi:10.1038/ng.730
5. Sahu, B. et al. Dual role ofFoxA1 in androgen receptor binding to chromatin, androgen signalling andprostate cancer. EMBO J. (2011). doi:10.1038/emboj.2011.328
6. Augello, M. A., Hickey, T. E. &Knudsen, K. E. FOXA1: Master of steroid receptor function in cancer. EMBO Journal (2011). doi:10.1038/emboj.2011.340BioArt，一心关注生命科学，只为分享更多有种、有趣、有料的信息。关注请长按上方二维码。投稿、合作、转载授权事宜请联系微信ID：bioartbusiness 或邮箱：sinobioart@bioart.com.cn。原创内容，未经授权，禁止转载到其它平台。