Sci Adv丨岳峰教授团队发现GATA6在结直肠癌发生发展中的新作用机制（微信文章未删减版）

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结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）是全球范围内最致命且高发的恶性肿瘤之一，其预后和药物反应存在高度异质性。目前CRC 发病机制的研究主要集中于染色体不稳定和错配修复系统缺陷，近些年的关于转录因子失调的研究也扩展了对 CRC 发病机制的理解，并强调了调控转录因子在癌症治疗中的巨大潜力。先锋转录因子GATA6的过表达被证实与结直肠癌较差的预后密切相关，但其在全基因组范围内对基因表达失调的具体作用仍未明晰。

近日，来自西北大学Feinberg医学院的岳峰教授团队在Science Advances 上发表了名为 Pioneer Factor GATA6 Promotes Colorectal Cancer through 3D Genome Regulation 的研究文章。在本文中，研究人员通过对人类结直肠癌的深入研究，发现先锋转录因子GATA6优先结合于结直肠癌特异性活性增强子，并富集于启动子-增强子环形结构的锚定位点。此外，GATA6的敲除显著抑制了癌细胞的克隆形成能力及增殖能力。从机制上看，GATA6缺失导致结直肠癌特异性开放染色质的丧失，并广泛改变了多种关键癌基因的启动子-增强子互作。更为重要的是，在小鼠模型实验中，GATA6敲除显著抑制肿瘤生长，并显著延长生存期。这一研究揭示了GATA6在结直肠癌发生发展中的全新作用机制。

该团队首先通过对结直结肠癌细胞系的转录组测序（RNA-seq）并结合TCGA 数据库和GTEx 数据库的转录组数据分析，对比于正常结直肠组织，确认了GATA6基因在结直肠癌肿瘤组织中的过表达。此外，研究人员分析了来自癌症依赖性图谱项目（Achilles项目）的数据，结果显示，GATA6表达的丧失独特地抑制了结直肠癌细胞系的生长，进一步表明GATA6是结直肠癌中的关键基因。为了研究GATA6在直结肠癌基因调控中发挥的作用，研究人员进一步分析了来自原发性癌症组织的全癌种ATAC-seq数据，并观察到GATA6基序在CRC染色质可接近区域中独特地高度富集。通过CUT&Tag技术，研究人员发现GATA6在结直肠癌相关基因的启动子和增强子区域具有结合，并强调了GATA6可在肿瘤特异性增强子区域的调控作用。

研究人员通过CUT&Tag分析和免疫染色发现GATA6与CTCF和RAD21在结直肠癌细胞中共定位，并进一步通过免疫染色和ChIP-MS确认了GATA6与CTCF的物理相互作用。进一步分析显示，GATA6更倾向于结合在细胞类型特异性的CTCF位点，并且其结合位点与结直肠癌相关基因的增强子和启动子区域重叠。Hi-C实验发现GATA6结合的染色质环路在DLD-1细胞及患者样本中具有高度一致性。因此GATA6可能在结直肠癌的转录回路和染色质环路中发挥重要作用。

研究人员对GATA6 进行了AID降解和CRISPR基因编辑系统敲除。敲除GATA6后，细胞增殖显著下降，且克隆形成能力受损。RNA-seq分析显示，GATA6去除导致多个与结直肠癌相关的基因表达变化，确认GATA6在转录调控中的重要角色。从机理角度，该团队研究了GATA6在结直肠癌中通过重塑开放染色质和三维基因组结构的作用。该研究发现GATA6对于一部分结直肠癌特异的开放染色质区域具有直接调控作用。通过HiChIP和基因表达分析，该研究还发现GATA6去除后，三维基因组结构中的增强子-启动子环路（E-P环路）发生了显著变化，导致多个致癌基因表达下调。异种移植小鼠模型进一步验证了GATA6在肿瘤生长的作用。GATA6去除显著抑制了肿瘤的生长，延长了小鼠的生存期，并改变了相关致癌基因的表达。总的来说，GATA6在结直肠癌中的作用不仅涉及转录调控，还通过三维基因组结构的改变，影响关键致癌基因的表达。