北京时间12月29日，中科院深圳先进院马晴研究员课题组与斯坦福大学Howard Chang实验室、上海交通大学李令杰课题组合作，在国际学术期刊eLife上发表了题为“Inducible lncRNA transgenic mice reveal continual role of HOTAIR in promoting breast cancer metastasis”的研究论文。

该研究首次建立了可诱导过表达人类长非编码RNA HOTAIR的小鼠模型。通过该小鼠模型，该研究展示了HOTAIR过表达能影响肿瘤细胞的染色质开放性程度，从而调控基因表达，并最终促使小鼠乳腺肿瘤向肺部转移。更重要的是，通过撤除诱导剂来取消HOTAIR的过表达水平后，细胞的染色质开放性和基因表达改变都能有所回复，且细胞转移能力也会降至原来的水平，这说明该促使乳腺癌细胞转移的过程需要HOTAIR的持续表达来维持，这意味着HOTAIR可以作为抑制乳腺肿瘤转移的潜在治疗靶点。

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长非编码RNA（long non-coding RNA, 简称lncRNA）是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA，在哺乳动物中大量表达，是基因调控网络中的重要调控因子。目前已发现多种长非编码RNA在肿瘤的发生、发展和转移过程中起到重要作用。

HOTAIR（HOX antisense intergenic RNA）就是一种长度为2.2 kb的长非编码RNA，在乳腺癌等多种癌症中都有过表达，是肿瘤细胞发生转移和扩散及造成死亡的预测因子，那么HOTAIR是否适合作为癌症的治疗靶点呢？目前诸多研究显示HOTAIR能够调控细胞的表观遗传状态，但是调控机制尚未完全清楚。在表观遗传调控中，存在一种“表观遗传记忆”机制，即一些表观遗传调控因子能诱导细胞基因表达谱长期稳定的改变，即使这些表观遗传调控因子不再持续表达。那么HOTAIR诱导的表观遗传状态的变化是否存在长期的“表观遗传记忆”，这也关系到HOTAIR是否能成为抑制乳腺癌转移的治疗靶点。

为了解决上述问题，本研究构建了诱导型过表达人类HOTAIR基因的小鼠模型，并将其与能自发产生乳腺肿瘤的小鼠杂交，最终得到了既能诱导过表达人类HOTAIR又能自发产生乳腺肿瘤的小鼠模型。通过该小鼠模型，该研究展示了人类HOTAIR在小鼠中过表达不影响小鼠乳腺肿瘤的增殖，但能促使乳腺肿瘤向肺部转移（图1）。说明了虽然人类HOTAIR基因和小鼠同源基因在序列上很不一致，但是在功能上仍具有高度的保守性，且该小鼠模型可用于研究人类HOTAIR基因在体内的功能机制。

图1. 诱导过表达HOTAIR促使小鼠乳腺肿瘤向肺转移，但不影响原始肿瘤的重量和数量。

接下来，本研究从该小鼠的肿瘤组织中分离出乳腺癌细胞，称为iHOT细胞，该细胞在加入诱导剂Dox后能过表达HOTAIR，而撤掉诱导剂后，HOTAIR表达量很快降回原本水平，由此得到了一种可以控制HOTAIR表达量的乳腺癌细胞。通过表型实验发现，该细胞在诱导过表达HOTAIR后转移能力增强，而HOTAIR表达降低后，转移能力也随之减弱（图2）。

图2. iHOT乳腺癌细胞的转移能力随着HOTAIR表达量变化而变化。

该研究进一步分析了基因表达和染色质开放性情况，发现HOTAIR过表达能调控大量细胞转移相关基因的染色质开放性和表达变化；而撤掉HOTAIR以后，这些染色质开放性和基因表达改变都能回复到初始状态（图3）。这说明HOTAIR诱导的表观遗传状态的改变不具有长期的“表观遗传记忆”效应。这些结果也说明了HOTAIR可以作为一个潜在的抑制肿瘤转移的直接治疗靶点。

图3. HOTAIR诱导的基因表达和染色质开放性变化也随着HOTAIR降低而恢复。

中科院深圳先进院合成所马晴研究员、斯坦福大学Howard Y. Chang教授和上海交通大学李令杰教授为本文共同通讯作者，马晴研究员、其课题组助理研究员杨柳依和斯坦福大学Karen Tolentino为共同一作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省合成基因组学重点实验室、深圳市合成基因组学重点实验室、中国科学院战略性先导B培育项目、深圳合成生物学创新研究院等多个项目的支持。