Epigenetics and 3D structure of miR-10b/HoxD locus in the brain and malignant glioma.

大脑和恶性胶质瘤中 miR-10b/HoxD 位点的表观遗传学和 3D 结构。

• 批准号: 10452679
• 负责人: Anna M. Krichevsky
• 金额: $ 63.01万
• 依托单位: BRIGHAM AND WOMEN'S HOSPITAL
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-09-15 至 2025-07-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10452679
• 关键词: 3-Dimensional; Adult; Affect; Animal Model; Antisense RNA; Apoptosis; Architecture; Astrocytes; Binding; Biochemical; Brain; Brain Neoplasms; CCCTC-binding factor; CRISPR-mediated transcriptional activation; CRISPR/Cas technology; Cell Cycle; Cell model; Cells; ChIP-seq; Chromatin; Chromatin Loop; DNA; DNA Methylation; DNA analysis; Data; Data Analyses; Dependence; Diagnosis; Disease; Elements; Enhancers; Epigenetic Process; Etiology; Europe; Event; Gene Expression; Genes; Genetic; Genetic Transcription; Genomic Segment; Genomics; Glioblastoma; Glioma; Gliomagenesis; Goals; Growth; Heterogeneity; Hi-C; Histones; Human; In Situ Hybridization; Investigational Therapies; Lead; Light; Malignant Glioma; Malignant Neoplasms; Malignant neoplasm of brain; Maps; Mediating; MicroRNAs; Microglia; Modeling; Molecular; Molecular Conformation; Mutate; Mutation; Neoplastic Cell Transformation; Neoplastic Processes; Neuroglia; Neurons; Oncology; Patients; Pattern; Primary Brain Neoplasms; Process; Prosencephalon; Proteins; RNA; RNA Interference; Regulation; Regulatory Element; Repression; Resolution; Role; Signal Transduction; Site; Techniques; Testing; Therapeutic; Tissues; Transcript; Transcriptional Activation; United States; Untranslated RNA; Up-Regulation; Work; aggressive therapy; base; brain cell; cell growth; chromosome conformation capture; comparative; data modeling; derepression; epigenetic silencing; fetal; genome editing; genome-wide; imaging approach; molecular targeted therapies; neoplastic cell; nerve stem cell; novel; novel strategies; novel therapeutic intervention; overexpression; pediatric patients; promoter; stem cells; therapeutically effective; three dimensional structure; tool; transcription factor; tumor; virtual

Summary     Glioblastoma  (GBM,  or  astrocytoma  grade  IV)  brain  tumor  remains  one  of  the  most  lethal  forms  of  human  cancer  and  a  major  unmet  need  in  current  oncology.  GBM  is  a  highly  heterogeneous  and  multifactorial  disease  characterized  by  the  wide  landscape  of  mutations  and  signaling  alterations.  Thus,  most  of  the  developing experimental therapies will likely only help a fraction of patients. We have discovered microRNA-­ 10b  (miR-­10b),  a  regulatory  molecule  whose  transcriptional  activation  emerges  as  a  unique  mechanism  shared by almost all gliomas, including both high-­grade and low-­grade, despite their heterogeneity. miR-­10b  regulates  neoplastic  transformation  of  normal  glial  cells  and  the  growth  of  malignant  gliomas.  Moreover,  it  appears essential for the viability of heterogeneous glioma cells and glioma-­initiating stem cells (GSC). Since  miR-­10b is highly expressed in practically all malignant gliomas, and its inhibition affects all glioma subtypes,  miR-­10b targeting represents a common therapeutic strategy for GBM. Despite the high levels and the critical  role  of  miR-­10b  in  GBM,  how  the  expression  of  this  molecule,  which  is  silenced  in  the  normal  brain,  gets  activated  in  gliomagenesis  is  unknown.  Based  on  our  preliminary  data,  we  hypothesize  that  various  aberrations accumulating in the brain may converge on epigenetic alterations and reorganization of the three-­ dimensional structure of the miR-­10b locus, resulting in its transcriptional activation. Such structural changes,  primarily mediated by the CCCTC-­binding factor (CTCF) and regulatory long non-­coding RNA transcripts, will  result in the exposure of miR-­10b promoter to a corresponding enhancer, and thus miR-­10b expression. In  this R01 project, we will test our hypothesis, investigate the epigenetic mechanism underlying the activation  of miR-­10b locus in glioma, and establish the miR-­10b-­locus centered model of gliomagenesis. Specific Aim  1  will,  therefore,  provide  the  high-­resolution  analysis  of  the  epigenetic  landscape  and  three-­dimensional  chromatin  conformation  of  miR-­10b  locus  in  normal  neuroglial  and  glioma  cells  and  tissues,  and  at  the  different stages of neoplastic transformation. It will also assess how generalizable such regulation is in glioma  on a genomic scale. Specific Aim 2 will investigate functions of major regulatory DNA and RNA elements in  the  locus,  including  the  promoter-­associated  and  enhancer-­associated  RNAs,  using  a  combination  of  biochemical, gene editing, and imaging-­based approaches. Specific Aim 3 will model the process of the locus  activation and neoplastic transformation of astrocytes and neuroprogenitors using cell and animal models of  glioma. Discovery of the mechanism(s) converging on miR-­10b expression in the brain cortex will shed light  on the origin and etiology of malignant glioma. It may also suggest new strategies for switching it off and new  molecular targets for therapeutic applications.

概括    胶质母细胞瘤（GBM，或 IV 级星形细胞瘤）脑肿瘤仍然是人类最致命的形式之一 癌症和当前肿瘤学中未满足的主要需求是高度异质性和多因素的。 因此，大多数疾病的特征是广泛的突变和信号改变。 开发实验性疗法可能只能帮助一小部分患者，我们已经发现了 microRNA。 10b (miR-10b)，一种调节分子，其转录激活是一种独特的机制 尽管 miR-10b 具有异质性，但几乎所有胶质瘤（包括高级别和低级别胶质瘤）都具有这种特征。 此外，它还调节正常神经胶质细胞的肿瘤转化和恶性神经胶质瘤的生长。 似乎对于异质神经胶质瘤细胞和神经胶质瘤起始干细胞（GSC）的生存能力至关重要。 miR-10b 在几乎所有恶性神经胶质瘤中均高表达，其抑制作用影响所有神经胶质瘤亚型， 尽管 miR-10b 水平较高且至关重要，但它仍是 GBM 的常见治疗策略。 miR-10b 在 GBM 中的作用，这种在正常大脑中沉默的分子的表达如何得到 在神经胶质瘤发生中激活的情况尚不清楚，根据我们的初步数据，我们开发了各种不同的方法。 大脑中积累的畸变可能会集中在表观遗传改变和三者重组上 miR-10b 基因座的空间结构，导致其转录激活。这种结构变化， 主要由 CCCTC 结合因子 (CTCF) 和调节性长非编码 RNA 转录物介导，将 导致 miR-10b 启动子暴露于相应的增强子，从而表达 miR-10b。 在这个 R01 项目中，我们将测试我们的假设，研究激活背后的表观遗传机制。 miR-10b 位点在胶质瘤中的表达，并建立以 miR-10b 位点为中心的胶质瘤发生模型。 因此，1 将提供表观遗传景观和三维的高分辨率分析。 正常神经胶质细胞和神经胶质瘤细胞和组织中 miR-10b 位点的染色质构象，以及 它还将评估这种调节在神经胶质瘤中的普遍性。 具体目标 2 将研究基因组中主要调控 DNA 和 RNA 元件的功能。 基因座，包括启动子相关和增强子相关的 RNA，使用组合 生物化学、基因编辑和基于成像的方法将模拟基因座的过程。 使用细胞和动物模型星形胶质细胞和神经祖细胞的激活和肿瘤转化 大脑皮层中 miR-10b 表达的汇聚机制的发现将为我们带来启示。 关于恶性神经胶质瘤的起源和病因学，它还可能提出关闭它的新策略和新策略。 治疗应用的分子靶标。