易基因：Cell Rep Med/IF10.6：北京天坛医院团队WGBS等揭示高危型儿童肿瘤的DNA甲基化标记物和潜在治疗靶点

大家好这里是专注表观组学十余年领跑多组学科研服务的易基因。2025年12月16日首都医科大学附属北京天坛医院联合中科院大学、华大研究院和北京化工大学等多个团队在双1区TOP期刊《Cell Reports Medicine》发表题为“Targeting TET3 suppresses group 3 medulloblastoma stemness and progression via impairing hypomethylation of Otx2 super-enhancer”的科研成果。研究聚焦3型髓母细胞瘤Group 3 Medulloblastoma, G3-MB这一预后差、肿瘤干性强、转移率高的儿童恶性脑肿瘤亚型发现超级增强子Super-Enhancer, SE低甲基化是维持 G3-MB干性和肿瘤进展的关键表观遗传机制而Otx2超级增强子低甲基化是G3-MB患者的预后标记物和潜在治疗靶点。研究团队利用全基因组重亚硫酸盐测序WGBS技术绘制了189例未经治疗MB样本的单碱基分辨率DNA甲基化图谱并综合单细胞转录组snRNA-seq和染色质可及性snATAC-seq数据系统揭示了G3-MB中SE低甲基化的表观遗传表征。研究发现Otx2基因超级增强子低甲基化是维持肿瘤干性和驱动恶性进展的核心机制。转录因子OTX2通过招募DNA去甲基化酶TET3特异性介导Otx2 SE区域DNA去甲基化形成OTX2-TET3正反馈自调控环路从而维持OTX2高表达和肿瘤干性。基于上述结果研究开发了脂质纳米颗粒LNP递送系统通过TET3抑制剂Bobcat339或siRNA在患者来源的异种移植瘤模型中显著抑制肿瘤生长为G3-MB这一高危亚型提供了新的预后标记物和靶向治疗策略。英文标题Targeting TET3 suppresses group 3 medulloblastoma stemness and progression via impairing hypomethylation of Otx2 super-enhancer译文标题靶向TET3通过破坏Otx2超级增强子低甲基化抑制3型髓母细胞瘤干性和进展发表时间2025年12月16日发表期刊Cell Reports Medicine影响因子IF10.6/Q1技术平台WGBS等作者单位北京天坛医院、中科院大学、华大研究院、北京化工大学、北京儿童医院、广州中医药大学等DOI:10.1016/j.xcrm.2025.102474易小结本研究从表观遗传调控的崭新视角不仅揭示了“增强子低甲基化-染色质开放-癌基因激活”这一核心通路更将基础发现转化为治疗潜力标志儿童脑肿瘤研究从分子分型走向机制驱动的精准治疗。WGBS技术在本研究中单碱基分辨率绘制了DNA甲基化图谱精准捕获增强子等远端调控元件的甲基化变化。未来WGBS结合多组学分析有望在更多复杂疾病中揭示新的表观遗传驱动因子和治疗靶点。研究方法1、队列与样本发现队列80例未经治疗的MB样本经病理确诊、知情同意及伦理审批验证队列109例独立MB样本用于DMR分子分型稳定性验证已发表数据GEO数据库DNA甲基化芯片及RNA-seq567例、EGA数据库正常小脑WGBS2、多组学测序分析全基因组重亚硫酸盐测序WGBS对样本进行高深度平均~16.38X测序获得全基因组单碱基分辨率的DNA甲基化图谱并进行分子分型与差异甲基化区域DMR分析。Bulk RNA测序RNA-seq对169个样本进行转录组分析关联甲基化与基因表达。单核RNA测序snRNA-seq与单核ATAC测序snATAC-seq分别对9个和8个G3-MB样本进行解析肿瘤细胞异质性、细胞状态及染色质可及性。3、分子机制验证实验机制验证染色质免疫沉淀测序ChIP-seq、CUTTag-seqTET3、染色质构象捕获Hi-C、报告基因实验、免疫共沉淀Co-IP、定量甲基化特异性PCRqMSP等验证OTX2与TET3的互作、结合及对Otx2 SE的调控。功能验证在D283、D458等G3-MB细胞系中进行基因敲低/过表达、细胞增殖、侵袭、分化检测Ki-67, NeuN等标记物实验。4、临床前治疗验证纳米药物开发构建负载TET3抑制剂Bobcat339或siTET3的脂质纳米颗粒LNP。体内模型建立基于细胞系D283和患者来源肿瘤组织PDX的小鼠/大鼠原位移植瘤模型。疗效评估通过脑部显微MRI监测肿瘤体积进行生存分析并通过组织学染色评估增殖、分化和侵袭标记物变化。图形摘要结果图形1整合表观基因组和转录组分析重现髓母细胞瘤分子亚型本研究首先建立了基于WGBS的MB分子分型体系。研究发现基于发现队列80例样本的全基因组DNA甲基化图谱可以准确地将MB分型为WNT-MB、SHH-MB、G3-MB和G4-MB四个亚型图1A验证队列109例样本基于相同DMR集合同样实现稳定聚类图1B。上述研究结果表明DNA甲基化是MB亚型的稳定标记物并初步揭示DNA甲基化在塑造MB亚型特异性转录程序中的基础作用。图1功能性超级增强子差异甲基化区域F-seDMR靶向基因与小脑早期发育特征相关2超级增强子DNA低甲基化与髓母细胞瘤发生相关研究团队系统解析了DMR在基因组元件中的分布特征。在四个亚型中超级增强子SE区域均富集DMR提示SE的表观遗传失调是MB的共同特征图1C。通过配对样本的甲基化和基因表达关联分析发现se区域的DMRseDMRs靶向基因与甲基化水平呈现最显著负相关性显著强于启动子DMRpDMR和基因体DMRbDMR图1D尤其在G3-MB中的负调控最为显著。研究团队将甲基化与表达显著负相关的seDMR定义为“功能seDMR”F-seDMR。值得注意的是低甲基化F-seDMRhypo-F-seDMR靶向基因显著富集于各亚型起源的小脑发育早期细胞类型标记物G3-MB中富集RLSVZ菱唇亚脑室区和早期UBC单极刷细胞标记物G4-MB中富集早期UBC和晚期UBC标记物图1E。这些F-seDMR靶向的胚胎小脑标记物可有效区分G3和G4亚型。通路分析显示hypo-F-seDMR靶向基因富集于干性维持、WNT信号、TGF-β信号等肿瘤自我更新相关通路图1F。上述结果表明SE低甲基化通过维持发育早期转录程序将肿瘤细胞锁定在祖细胞样状态促进肿瘤发生。3祖细胞样肿瘤细胞特异的SE低甲基化增加G3-MB染色质可及性为阐明SE低甲基化的功能研究对G3-MB样本进行snATAC-seq以分析染色质可及性Chromatin Accessibility, CA。发现约65%的功能性seDMRsF-seDMRs位于开放染色质区域图2A且低甲基化F-seDMRs的CA显著高于高甲基化F-seDMRs图2B-C表明低甲基化直接促进染色质开放。通过snRNA-seq将肿瘤细胞分为祖细胞样prog-like、周期样cycling和分化神经元样diff-like群体。细胞类型特异性差异可及峰分析发现祖细胞样肿瘤细胞特异的开放染色质区域peaks主要位于低甲基化的SEs内63%而分化样细胞的开放区域则更多位于高甲基化启动子区图2D。例如Otx2 SE低甲基化与其在肿瘤起始阶段祖细胞样细胞的高染色质可及性密切相关图2D-E。上述研究结果将特定的表观遗传状态SE低甲基化与特定的肿瘤细胞状态干性/祖细胞状态进行关联。图2Otx2枢纽增强子低甲基化作为G3/4-MB的预后指标4Otx2枢纽增强子低甲基化可作为预后指标研究进一步利用snATAC-seq数据和eNET算法构建了增强子-基因互作网络发现Otx2、Olfm1和Ddx31等基因受“枢纽增强子”网络调控且这些枢纽增强子区域显著富集低甲基化F-seDMRs图2G-H。其中Otx2增强子网络尤为复杂其核心区域如E33显著低甲基化图2I。临床数据分析表明Otx2 SEE33低甲基化与患者不良预后显著相关。根据E33甲基化水平将G3-MB或G3/G4-MB患者分组低甲基化组患者总生存期更短图2K-L。多因素分析证实E33低甲基化是不依赖于性别、年龄、转移状态和亚型的独立预后因子图2M。上述研究结果验证了Otx2 SE低甲基化作为G3/4-MB的预后生物标记物。5OTX2正反馈自调控促进G3-MB进展鉴于Otx2在G3-MB中的关键作用研究探索其调控机制。ChIP-seq和Hi-C数据证实OTX2蛋白结合在其自身的SEE33上且该区域与Otx2启动子在空间上邻近形成染色质环路图3A。报告基因实验表明含有OTX2结合位点的野生型E33片段能显著增强Otx2启动子活性而突变该位点则活性缺失图3B-D证明OTX2通过结合自身SE形成正反馈自激活环路。功能实验显示破坏此环路E33突变能抑制细胞增殖、侵袭促进分化图3E-G并在小鼠原位移植瘤模型中显著抑制肿瘤生长、延长生存期图3H-J。这确立了Otx2 E33正反馈自调控对维持G3-MB恶性表型的关键作用。图3OTX2正反馈自调控促进G3-MB进展6OTX2招募TET3介导Otx2超级增强子去甲基化接下来研究人员深入探索了E33低甲基化的分子机制。转录因子富集分析显示OTX2在hypo-F-seDMR区域显著富集图4A。对去甲基化酶TET家族的分析发现TET3在G3-MB中高表达且其表达与Otx2表达正相关图4B。在G3-MB中TET3高表达亚组表现出更高的染色质可及性图4C。功能实验证实敲低TET3会导致Otx2 SE区域甲基化水平升高同时Otx2表达下降图4E-F而过表达Otx2可逆转TET3抑制增殖缺失表明TET3通过调控Otx2 SE甲基化影响其表达。CUTTag-seq和ChIP-seq显示TET3与OTX2在Otx2 SE区域共定位图4G-K且TET3结合位点与OTX2结合位点显著重叠图4L这些重叠区域DNA甲基化显著降低。ChIP-qPCR证实Tet3敲低显著减少OTX2在E33的结合图4H。Co-IP验证OTX2与TET3物理互作且E33突变可减少互作图4I-J。TET3依赖的OTX2靶基因富集于干性、分化、细胞周期、炎症和转移相关通路图4M。上述结果表明OTX2通过招募TET3至其自身的SE区域介导TET3进行位点特异性去甲基化从而放开染色质、激活自身转录形成“去甲基化-染色质开放-OTX2表达上调”的正反馈环路。图4TET3被OTX2招募以对Otx2超级增强子进行去甲基化7TET3下调在体内抑制G3-MB进展基于上述机制研究团队开发了靶向治疗策略。构建了负载TET3抑制剂Bobcat339或siTET3的脂质纳米颗粒LNP系统并证实其能有效递送至脑肿瘤部位图5A-F。在3D类器官和原位移植瘤包括细胞系来源和PDX来源模型中LNPBobcat339或LNPsiTET3处理均能显著抑制肿瘤细胞活力、减少肿瘤体积、延长小鼠生存期图5G-K。治疗后肿瘤组织增殖标记物Ki-67下降分化标记物NeuN上升侵袭标记物MMP9减少图5J。上述结果证明了靶向TET3-Otx2 SE轴作为G3-MB治疗的可行性。图5纳米颗粒负载抑制剂或siTET3抑制G3-MB进展结论和启示本研究通过WGBS分子机制探索和多重实验验证揭示了Otx2 SE低甲基化是G3-MB的关键表观遗传标记物和预后因子。OTX2通过招募TET3对其自身SE进行去甲基化形成正反馈环路驱动肿瘤干性和进展。利用LNP递送TET3抑制剂或siRNA能有效抑制肿瘤生长为G3-MB提供了新的机制认知、预后工具和极具转化潜力的治疗策略。WGBS在本研究中的核心作用本研究始于对189例MB样本的WGBS分析系统性地比较各亚型、各基因组区域的甲基化差异从而将目光聚焦于此前容易被忽略的增强子区域并精准定位Otx2 SE这一关键调控元件的甲基化状态将其与预后、机制和治疗靶点紧密相连贯穿了从基础发现到转化研究的全过程。参考文献Chen X,…et al.Targeting TET3 suppresses group 3 medulloblastoma stemness and progression via impairing hypomethylation of Otx2 super-enhancer. Cell Rep Med. 2025 Dec 2:102474.doi: 10.1016/j.xcrm.2025.102474.