A non-coding cancer mutation disrupting an HNF4α binding motif affects an enhancer regulating genes associated to the progression of liver cancer

M. Каваллі; K. Діаманті; Г. Пан; M.Ж. Дабровські; Ж. Коморовські; К. Ваделіус

doi:10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-43-no-1.15925

Автор(и)

M. Каваллі Уппсальський університет, 752 37, Уппсала, Швеція
K. Діаманті Уппсальський університет, 752 37, Уппсала, Швеція
Г. Пан Уппсальський університет, 752 37, Уппсала, Швеція
M.Ж. Дабровські Уппсальський університет, 752 37, Уппсала, Швеція
Ж. Коморовські Інститут інформатики, Польська Академія наук, 01-248 Варшава, Польща
К. Ваделіус Уппсальський університет, 752 37, Уппсала, Швеція

DOI:

https://doi.org/10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-43-no-1.15925

Ключові слова:

мутації, що порушують зв’язування з транскрипційними факторами, регуляції активності генів, рак печінки.

Анотація

Стан питання: Соматичні мутації в кодуючих ділянках геному можуть призводити до появи нефункціональних білків, що може спричиняти онкологічні та інші захворювання. Стосовно мутацій у некодуючих ділянках, то їх досліджують значно рідше, а інтерпретація ефектів, які вони спричиняють, є досить складною. Мутації в некодуючих ділянках можуть порушувати зв’язування транскрипційних факторів з відповідними промоторами, енхансерами або сайленсерами, що може призводити до зміни експресії генів, які знаходяться під контролем цих регулюючих елементів. У клітинах раку печінки виявляють велику кількість мутацій як в кодуючих, так і в некодуючих ділянках геному. Ядерний фактор гепатоцитів 4α є фактором транскрипції, що регулює експресію низки генів в гепатоцитах, причому мотиви в промоторах та енхансерах, з якими цей фактор зв’язується, досить часто містять мутації. Мета: Оцінити генетичні ефекти соматичних мутацій у некодуючих ділянках геному, які часто виявляють у клітинах раку печінки. Матеріали і методи: В експерименті досліджували ефекти соматичних мутацій в некодуючих ділянках геному клітин раку печінки на зв’язування відповідних мотивів з ядерним фактором гепатоцитів 4α. Дослідження проводили на моделі клітин HepG2 за допомогою методів зсуву електрофоретичної рухливості та подвійної люциферазної детекції. Повногеномні промоторно-енхансерні взаємодії в клітинах печінки вивчали методом фіксації конформації хромосом для виявлення можливих генів, експресія яких може змінюватися внаслідок мутацій. Результати: Показано, що досліджувані мутації призводять до послаблення зв’язування з білком та зниження активності енхансера. Так, мутований енхансер взаємодіє з промоторами генів ANAPC13, MAP6D1 і MUC13, які задіяні в розвитку раку печінки. Висновки: Показана важливість соматичних мутацій у некодуючих ділянках геному, вивченню яких дотепер не приділяли достатньої уваги, та які, разом з тим, задіяні в розвитку та прогресуванні процесів злоякісного росту.

Посилання

Dunham I, Kundaje A, Aldred SF, et al. An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome. Nature 2012; 489: 57–74.

Kundaje A, Meuleman W, Ernst J, et al. Integrative analysis of 111 reference human epigenomes. Nature 2015; 518: 317–30.

Rheinbay E, Nielsen MM, Abascal F, et al. Analyses of non-coding somatic drivers in 2,658 cancer whole genomes. Nature 2020; 578: 102–11.

Umer HM, Cavalli M, Dabrowski MJ, et al. A significant regulatory mutation burden at a high-affinity position of the CTCF motif in gastrointestinal cancers. Hum Mutat 2016; 37: 904–13.

Lieberman-Aiden E, van Berkum NL, Williams L, et al. Comprehensive mapping of long-range interactions reveals folding principles of the human genome. Science 2009; 326: 289–93.

Sahlén P, Abdullayev I, Ramsköld D, et al. Genome-wide mapping of promoter-anchored interactions with close to single-enhancer resolution. Genome Biol 2015; 16: 156.

Jäger R, Migliorini G, Henrion M, et al. Capture Hi-C identifies the chromatin interactome of colorectal cancer risk loci. Nat Commun 2015; 6: 6178.

Dryden NH, Broome LR, Dudbridge F, et al. Unbiased analysis of potential targets of breast cancer susceptibility loci by Capture Hi-C. Genome Res 2014; 24: 1854–68.

Weinhold N, Jacobsen A, Schultz N, et al. Genome-wide analysis of noncoding regulatory mutations in cancer. Nat Genet 2014; 46: 1160–5.

Chalmers ZR, Connelly CF, Fabrizio D, et al. Analysis of 100,000 human cancer genomes reveals the landscape of tumor mutational burden. Genome Med 2017; 9: 34.

Zhang Y, Werling U, Edelmann W. SLiCE: a novel bacterial cell extract-based DNA cloning method. Nucleic Acids Res 2012; 40: e55.

Cavalli M, Diamanti K, Pan G, et al. A Multi-Omics approach to liver diseases: integration of single nuclei transcriptomics with proteomics and HiCap bulk data in human liver. OMICS 2020; 24: 180–94.

Fang B, Mane-Padros D, Bolotin E, et al. Identification of a binding motif specific to HNF4 by comparative analysis of multiple nuclear receptors. Nucleic Acids Res 2012; 40: 5343–56.

Lu P, Rha GB, Melikishvili M, et al. Structural basis of natural promoter recognition by a unique nuclear receptor, HNF4alpha. Diabetes gene product. J Biol Chem 2008; 283: 33685–97.

Rastinejad F, Wagner T, Zhao Q, et al. Structure of the RXR-RAR DNA-binding complex on the retinoic acid response element DR1. EMBO J 2000; 19: 1045–54.

Chandra V, Huang P, Potluri N, et al. Multidomain integration in the structure of the HNF-4α nuclear receptor complex. Nature 2013; 495: 394–8.

Taniguchi H, Fujimoto A, Kono H, et al. Loss-of-function mutations in Zn-finger DNA-binding domain of HNF4A cause aberrant transcriptional regulation in liver cancer. Oncotarget 2018; 9: 26144–56.

Uhlen M, Zhang C, Lee S, et al. A pathology atlas of the human cancer transcriptome. Science 2017; 357: eaan2507.

Wang D, Xin L, Lin J-H, et al. Identifying miRNA-mRNA regulation network of chronic pancreatitis based on the significant functional expression. Medicine 2017; 96: 21.

Ahmad W, Ijaz B, Hassan S. Gene expression profiling of HCV genotype 3a initial liver fibrosis and cirrhosis patients using microarray. J Transl Med 2012; 10: 41.

Ijaz B, Ahmad W, Das T, et al. HCV infection causes cirrhosis in human by step-wise regulation of host genes involved in cellular functioning and defense during fibrosis: Identification of bio-markers. Genes Dis 2019; 6: 304–17.

Gupta BK, Maher DM, Ebeling MC, et al. Increased expression and aberrant localization of mucin 13 in metastatic colon cancer. J Histochem Cytochem 2012; 60: 822–31.

Dai Y, Liu L, Zeng T, et al. Overexpression of MUC13, a poor prognostic predictor, promotes cell growth by activating wnt signaling in hepatocellular carcinoma. Am J Pathol 2018; 188: 378–91.

Tiemin P, Fanzheng M, Peng X, et al. MUC13 promotes intrahepatic cholangiocarcinoma progression via EGFR/PI3K/AKT pathways. J Hepatol 2020; 72: 761–73.