DNA甲基化是表观遗传学的重要组成部分，在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生发展中起着重要作用。近年来，许多研究发现，DNA甲基化异常与多种癌症密切相关。癌症在DNA甲基化水平上有两个主要变化特征，CpG岛(CGIs)的局部高甲基化导致基因沉默，这是肿瘤抑制基因失活的一种成熟机制，但低甲基化相关基因沉默的功能后果和形成这些结构域的潜在选择压力尚不明确。

2023年6月15日，哈佛医学院/麻省总医院癌症研究中心Daniel A.Haber团队联合Shyamala Maheswaran和David Miyamoto团队，在Cell上发表了题为：“DNA hypomethylation silences anti-tumor immune genes in early prostate cancer and CTCs”的论文，本研究利用全基因组甲基化（WGBS）、ChIP-seq、单细胞多组学等多种测序技术，结合小鼠肿瘤模型，揭示了DNA去甲基化在前列腺癌中的全新功能，即抑制前列腺癌抗原呈递基因的表达，从而诱导早期前列腺癌的免疫逃逸，为肿瘤的免疫治疗提供了全新的思路。本文中二代测序技术均由诺禾致源完成。

文章简介

为了表征单个转移性前列腺癌细胞的全基因组DNA甲基化特征，通过单细胞多组学测序分析发现，与单个CGIs通常在基因调控区域周围表现出局灶性高甲基化相反，前列腺肿瘤细胞中的低甲基化区域跨越了非常大的基因贫乏区域，这与之前描述的PMDs一致。总的来说，在前列腺癌基因组中鉴定了1496个PMDs，平均大小为1.2Mb，这个数字与以前基于多个晚期癌症的大规模肿瘤测序结果一致。与大的基因贫乏PMDs相反，穿插在低甲基化结构域内的1412个PMIs是基因丰富的，具有尖锐的甲基化边界，包括单个基因或一小部分基因。正如在其他癌症中所证明的那样，PMDs是基因贫乏的，并且强烈富集一些内源性逆转录病毒元件(ERVs)，特别是长末端重复序列(LTRs)。

先前研究表明，乳腺癌和结肠癌的PMDs表现出活性染色质标记(H3K4me1/3、H3K27ac和H3K36me3)的缺失和抑制性组蛋白修饰的富集。使用ChIP-seq分析培养细胞系染色质景观，对前列腺癌细胞(LNCaP和22Rv1)的分析证实，抑制性H3K9me3标记位于中心，H3K27me3位于低甲基化结构域的边界。与恶性肿瘤相关的变化主要与H3K27me3沉积有关。

在癌症进化过程中，DNA低甲基化过程最终包括晚期癌症中非编码和基因贫乏基因组的大片区域。非随机表观遗传沉默可能在启动肿瘤发生中发挥重要作用，选择压力指导复发性早期事件。作者试图确定在肿瘤发生过程中始终受到早期沉默影响的基因组位点。从前列腺切除术标本中获得冷冻组织切片和纯化的单核用于分子分析。

通过亚硫酸氢盐全基因组测序结果推断的CNV证实了单个细胞核的肿瘤起源。将肿瘤、N.P.细胞核与转移性患者的CTC进行比较。高分辨率单核分析推断CNV鉴定出Chr8p缺失(包含NKX3-1、BMP1和FGFR1基因以及多个microRNAs)是前列腺肿瘤发生中最早的遗传事件之一，该基因座的早期等位基因缺失在前列腺癌中有报道。

在这项研究中，发现了40个核心低甲基化区域，这些区域在前列腺癌的早期可检测阶段到转移性CTC中都表现出一致的低甲基化特征。在这些低甲基化区域中，一些小的位点逃脱了甲基化的沉默，并且富含细胞增殖基因。与此同时，核心低甲基化区域内的转录沉默基因则富含免疫相关基因。

最引人注目的是，在这些低甲基化区域中，研究人员发现了一个包含五个CD1基因的基因簇，这些基因向NKT细胞提供脂质抗原，并且四个与IFI16相关的干扰素诱导基因，涉及先天免疫。通过在免疫能力小鼠中重新表达CD1或IFI16，发现肿瘤的发生被废除，并且激活了抗肿瘤免疫力。这一结果进一步证实了DNA低甲基化对抗肿瘤免疫基因的沉默起到了关键作用。

该研究对于深入了解肿瘤发生机制具有重要意义，它揭示了早期肿瘤发生中的表观遗传学变化以及低甲基化区域内共定位基因的重要性。此外，该研究还发现低甲基化区域可以在富含CTC的血液样本中进行检测，这为肿瘤的早期检测和治疗提供了新的思路。

参考文献

Guo, H., Vuille, J.A., Wittner, B.S., Lachtara, E., Hou, Y., Lin, M., Zhao, T., Raman, A.T., Russell, H.C., Reeves, B.A., Pleskow, H.M., Wu, C., Gnirke, A., Meissner, A., Efstathiou, J.A., Lee, R.J., Toner, M., Aryee, M.J., Lawrence, M.S., Miyamoto, D.T., Maheswaran, S., & Haber, D.A. (2023). DNA hypomethylation silences antitumor immune genes in early prostate cancer and CTCs. Cell, 186, 2765 - 2782.e28