IF31.7｜NKX2-1通过表观遗传与3D染色质重塑驱动前列腺癌神经内分泌转分化

FOXA2诱导NKX2-1，二者协同重塑增强子并激活p300/CBP，推动前列腺癌向NEPC转化。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

去势抵抗性前列腺癌（CRPC）在长期雄激素受体通路抑制剂治疗后，约20%会转分化为神经内分泌前列腺癌（NEPC），预后极差。NEPC与CRPC基因组改变相似，但表观遗传差异显著，包括DNA甲基化、染色质可及性和组蛋白修饰。此前已知FOXA2是NEPC的先锋因子和标志物，能驱动前列腺癌神经内分泌转化（NET），但3D染色质结构在NEPC中的变化及其调控机制尚不清楚。NKX2-1是神经转录因子，在肺发育中与FOXA蛋白协同，但在前列腺癌NET中的作用机制未被阐明。

科学问题

卡在哪里： NEPC与CRPC的3D染色质架构差异尚未被系统比较；FOXA2如何启动NET、哪些下游转录因子介导增强子激活和染色质重塑、以及能否靶向这些表观遗传机制进行治疗，仍是空白。

本文要回答： 揭示NEPC与CRPC的3D染色质差异，阐明FOXA2诱导NKX2-1并协同驱动NET的表观遗传机制，并探索p300/CBP作为治疗靶点的可行性。

技术路线

作者主要用了：Hi-C、ATAC-seq、RNA-seq、scRNA-seq、DiMeLo-seq、ChIP-seq、Co-IP、质谱、异种移植。

作者首先对NEPC和CRPC PDX肿瘤进行Hi-C，发现NEPC富集的染色质环与神经发育基因相关，且锚点富集FOXA2基序。随后利用FOXA2过表达的LNCaP细胞系建立NET时间模型，通过RNA-seq、ATAC-seq、Hi-C和单细胞多组学追踪转录、染色质可及性和3D基因组变化，确定D14为转化拐点。进一步通过ChIP-seq和DiMeLo-seq揭示FOXA2结合NKX2-1增强子并诱导其表达，NKX2-1与FOXA2形成前馈环，共同招募p300/CBP激活NE增强子。最后用p300/CBP抑制剂CCS1477在体外和体内验证治疗潜力。

图 1　Fig. 1。图1展示NEPC与CRPC PDX的Hi-C差异。a,b的APA图显示NEPC富集环在NEPC中信号更强，CRPC富集环反之。c,d火山图显示NEPC环关联基因在NEPC中上调，CRPC环关联基因在CRPC中上调。e,f的GO分析分别富集神经发育和上皮功能。g,h基因组浏览器视图显示HOXB簇和AR位点的TAD及组蛋白修饰变化。i,j显示NEPC环锚点富集FOXA2基序，CRPC环锚点富集管腔TF基序。

核心亮点

亮点 1｜NEPC与CRPC的3D染色质架构显著不同

对8个PDX肿瘤（4个NEPC、4个CRPC）进行Hi-C，发现NEPC富集环（n=3702）在NEPC中APA评分显著高于CRPC（P=0.026），CRPC富集环反之（P=0.022）。NEPC环关联基因在NEPC中上调并富集神经发育通路，CRPC环关联基因富集上皮功能。例如HOXB1-HOXB9簇在NEPC形成新TAD并伴随H3K27ac增加，而HOXB13和AR增强子-启动子环在NEPC中减弱。NEPC富集环锚点显著重叠NE-CRE并富集FOXA2基序，提示FOXA2是NE特异性环的关键调控因子。

图 2　Fig. 2。图2展示FOXA2过表达LNCaP细胞的时间进程转录和染色质变化。a热图显示六个基因簇，上调簇富集神经发育，下调簇富集管腔功能。b WB显示管腔标志物逐渐下降，NE标志物在D21-D28上升。c散点图显示D21/D28细胞与临床NEPC聚类。d APA图显示D0和D28的环强度差异。e,f基因组浏览器显示AR和HOXB位点的TAD及组蛋白修饰随时间变化。

亮点 2｜FOXA2过表达驱动NET并重塑3D染色质

在LNCaP细胞中过表达FOXA2，28天内逐渐出现NE表型，D21和D28转录组与临床NEPC聚类，D14为中间态。Hi-C显示D28细胞3D架构与NEPC PDX聚类，而D21仍与CRPC聚类，表明染色质重塑滞后于转录变化。ATAC-seq显示增强子可及性从管腔型向NE型切换，单细胞多组学证实D14细胞处于中间态，RNA速度分析支持克隆转化模型。

图 3　Fig. 3。图3展示时间进程ATAC-seq和单细胞多组学分析。a热图显示六个ATAC峰簇，C3-C4为NE增强子，C5-C6为管腔增强子。b显示这些簇的基因组分布。c-f UMAP显示D0、D14、D21细胞的转录组聚类，D14细胞处于中间态。g RNA速度分析显示D14细胞从AR+向AR-转变。h-j scATAC-seq UMAP显示染色质可及性聚类，D14和部分D21细胞具有中间染色质状态。

亮点 3｜NKX2-1是FOXA2驱动NET的必要下游因子

FOXA2在D2即结合NKX2-1增强子，D14出现H3K4me1，D21出现H3K27ac，NKX2-1表达上调。FOXA2敲低降低NKX2-1表达。NKX2-1主要结合启动子，与增强子结合的FOXA2通过染色质环相互作用。NKX2-1敲低废除FOXA2驱动的管腔/NE标志物转换，并阻止FOXA2从管腔增强子向NE增强子的转移，形成前馈环。

图 4　Fig. 4。图4展示NKX2-1的诱导和与FOXA2的协同。a基因组浏览器显示FOXA2在NKX2-1增强子结合及组蛋白修饰变化。b WB显示FOXA2敲低降低NKX2-1蛋白。c Co-IP显示FOXA2与NKX2-1相互作用。d热图显示二者在NE增强子共占据。e饼图显示NKX2-1单独结合位点富集启动子。f APA图显示FOXA2/NKX2-1锚定环在D28增强。g WB显示NKX2-1敲低逆转NE标志物。h热图显示NKX2-1敲低阻止FOXA2从管腔向NE增强子转移。

亮点 4｜NKX2-1在NEPC中高表达且加速NET

在临床样本中，NKX2-1与FOXA2在NEPC中共表达，NKX2-1蛋白在AR-/NE+肿瘤中特异性升高。NKX2-1与FOXA2共过表达比单独FOXA2更快诱导NET，而NKX2-1单独过表达无效。在NCI-H660和RB1/TP53敲低模型中，NKX2-1敲低均抑制NE标志物。在FOXA2低表达的42D细胞中，NKX2-1过表达仍能诱导NE标志物，提示其可与其他因子如ASCL1协同。

图 5　Fig. 5。图5展示NKX2-1在临床NEPC中的表达和功能。a火山图显示NKX2-1和FOXA2在NEPC中上调。b箱线图显示二者在AR-/NE+肿瘤中高表达。c IHC显示NKX2-1和FOXA2蛋白在AR-/NE+肿瘤中强阳性。d,e显示NKX2-1与FOXA2共过表达加速NET。f,g显示NKX2-1敲低抑制NCI-H660和RB1/TP53-KD细胞的NE标志物。h显示NKX2-1过表达在42D细胞中诱导NE标志物。

亮点 5｜FOXA2结合诱导NE增强子区域DNA去甲基化

DiMeLo-seq显示FOXA2结合位点（mA标记）与CpG甲基化互斥。在D28细胞中，FOXA2强结合峰处DNA甲基化显著降低，形成甲基化谷。单分子分析证实mA与mCpG在同一分子上互斥。在NEPC PDX中，NE-CRE处FOXA2结合（mA）增加且DNA甲基化降低，与D28细胞相似。表明FOXA2结合启动区域DNA去甲基化，为增强子激活做准备。

亮点 6｜p300/CBP是NEPC的关键治疗靶点

质谱和Co-IP证实FOXA2与p300/CBP相互作用。p300和H3K27ac在FOXA2/NKX2-1共占据的NE增强子上富集，敲低任一因子均降低p300结合和H3K27ac。p300/CBP溴结构域抑制剂CCS1477消除NE增强子H3K27ac，抑制NE基因表达和LuNE细胞克隆形成，并在LuNE和LuCaP145.2异种移植模型中显著抑制肿瘤生长（LuNE抑制率68.7%，P=0.003），但不影响良性前列腺细胞。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： Hi-C、ATAC-seq、RNA-seq、scRNA-seq、DiMeLo-seq、ChIP-seq、Co-IP、质谱、异种移植
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 研究前列腺癌转分化、表观遗传调控或3D基因组学的生信人员和研究生。

带走一句

分析NEPC相关数据时，应关注FOXA2-NKX2-1前馈环和p300/CBP依赖的增强子激活，可尝试用Hi-C和DiMeLo-seq联合解析转分化中的染色质重塑。