DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02170-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40082405
تاريخ النشر: 2025-03-14
المؤلف: Sheng Ma وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الآليات الجزيئية المتعلقة بالسرطان
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة دور RNAs المعززة (eRNAs) في سرطان البروستاتا، مع التركيز على وظائفها التنظيمية في التعبير الجيني. باستخدام تحليلات الوصول إلى الكروماتين المتكاملة وتحليلات النسخ من خلال ATAC-seq وRNA-seq على عشرين زوجًا من أنسجة سرطان البروستاتا وأنسجة حميدة متطابقة، حدد الباحثون eRNAs المعبر عنها بشكل مختلف المرتبطة بالجينات المشاركة في تطوير البروستاتا والمسارات السرطانية. ومن الملاحظ أن lactotransferrin-eRNA (LTFe) وُجد أنه منخفض بشكل ملحوظ في أنسجة سرطان البروستاتا، وأشارت التحليلات الوظيفية إلى خصائصه المثبطة للورم.
ميكانيكيًا، يعزز LTFe نسخ جين الهدف الخاص به، lactotransferrin (LTF)، من خلال التفاعل مع البروتين النووي غير المتجانس F (HNRNPF) لتسهيل تفاعلات الكروماتين بين المعزز والمروج. تكشف الدراسة أيضًا أن محور LTFe-LTF يعزز الفيروبتوز من خلال تنظيم نقل الحديد، بينما disrupt إشارات مستقبل الأندروجين (AR) حلقة الكروماتين المرتبطة بـ LTFe، مما يساهم في مقاومة الفيروبتوز. من المهم أن الجمع بين مثبط AR إنزالوتاميد ومولد الفيروبتوز RSL3 أظهر تثبيطًا كبيرًا لنمو الورم، مما يشير إلى استراتيجية علاجية جديدة لسرطان البروستاتا المقاوم للإخصاء. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على الدور الحاسم لـ eRNAs، وخاصة محور LTFe-LTF، كمنظمين وراثيين محتملين وأهداف علاجية في علاج سرطان البروستاتا.
مقدمة
يعد سرطان البروستاتا قضية صحية عالمية رئيسية، حيث إنه ثاني أكثر أنواع السرطان تشخيصًا والخامس كسبب رئيسي للوفيات المرتبطة بالسرطان بين الرجال. يظهر المرض تباينًا سريريًا كبيرًا، يتراوح من أشكال خفيفة إلى متغيرات عدوانية، مما يتطلب توصيفًا جزيئيًا دقيقًا للعلاج الفعال. بينما يمكن غالبًا إدارة سرطان البروستاتا في مراحله المبكرة من خلال تدخلات مثل استئصال البروستاتا الجذري والعلاج بالحرمان من الأندروجين (ADT)، يتقدم العديد من المرضى إلى سرطان البروستاتا المقاوم للإخصاء (CRPC)، الذي يتميز بإشارات مستقبل الأندروجين (AR) المستمرة على الرغم من العلاج. لقد تقدمت الدراسات الجينومية الأخيرة في فهمنا للتغيرات الجينية في سرطان البروستاتا، ومع ذلك، لا يزال دور العناصر التنظيمية غير المشفرة، وخاصة المعززات و eRNAs، غير مستكشف بشكل كافٍ.
تستخدم هذه الدراسة تحليلًا وراثيًا متكاملًا يجمع بين ATAC-seq وRNA-seq على أنسجة سرطان البروستاتا وعينات طبيعية متطابقة للتحقيق في الأهمية الوظيفية لـ eRNAs في تقدم سرطان البروستاتا. ومن الملاحظ أن lactotransferrin-eRNA (LTFe) تم تحديده كـ eRNA مثبط للورم، مع انخفاض التعبير في أنسجة السرطان. أظهرت التجارب الوظيفية أن LTFe يثبط تكاثر خلايا السرطان ويعزز الفيروبتوز من خلال تعزيز نسخ جين الهدف الخاص به، lactotransferrin (LTF)، من خلال التفاعلات مع البروتين المرتبط بالـ RNA HNRNPF. علاوة على ذلك، وُجد أن إشارات AR تعطل حلقات الكروماتين، مما يقلل من تعبير LTFe وLTF وبالتالي يقلل من حساسية الفيروبتوز. أظهر الجمع بين دواء مضاد لـ AR إنزالوتاميد ومولد الفيروبتوز RSL3 تأثيرات تآزرية في تثبيط نمو الورم، مما يشير إلى أن استهداف تنظيم المعززات المعتمدة على eRNA قد يوفر استراتيجية علاجية جديدة للتغلب على المقاومة في CRPC. تسلط هذه النتائج الضوء على الدور الحاسم لـ LTFe في بيولوجيا سرطان البروستاتا وتفتح الطريق للتحقيقات المستقبلية في العلاجات المعتمدة على المعززات.
طرق البحث
يحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم والدوافع وراء الطرق المختارة. يسمح هذا النهج الشامل بفهم واضح لكيفية إجراء البحث، مما يسهل التحقق وإمكانية التكرار من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
النتائج
توفر نتائج هذه الدراسة تحليلًا شاملاً للمنظر النسخي ونشاط المعزز في سرطان البروستاتا البشري، مع التركيز على الوصول إلى الكروماتين ودور RNAs المعززة (eRNAs). باستخدام ATAC-seq وRNA-seq على أنسجة سرطان البروستاتا المتزاوجة والأنسجة الطبيعية المجاورة، حدد الباحثون اختلافات كبيرة في الوصول إلى الكروماتين، مع 16,012 إلى 44,673 قمة في أنسجة السرطان و13,496 إلى 47,630 في الأنسجة الطبيعية. ومن الملاحظ أنه تم تحديد 132 قمة محددة للورم و483 قمة محددة للطبيعة، مما يبرز الديناميات الكروماتينية المتميزة المرتبطة بتكون الورم. كشفت التوصيفات الوظيفية أن هذه التغيرات مرتبطة بعمليات بيولوجية حيوية، بما في ذلك ربط البروتين بالغشاء والنقل البيروكسيزومي، والتي تعتبر حيوية في تقدم السرطان.
كانت إحدى النتائج الرئيسية هي تحديد LTFe، وهو eRNA يقع بالقرب من جين lactotransferrin (LTF)، والذي تم تقليله بشكل كبير في أنسجة سرطان البروستاتا. أكدت التحقق من خلال ChIP-seq وqPCR دور LTFe كمعزز نشط، مع ارتباط تعبيره إيجابيًا بمستويات LTF. أظهرت التجارب الوظيفية أن LTFe يعمل كمثبط للورم، مثبطًا تكاثر خلايا سرطان البروستاتا سواء في المختبر أو في الجسم الحي. ميكانيكيًا، يعزز LTFe نسخ LTF من خلال تجنيد البروتين المرتبط بالـ RNA HNRNPF، مما يسهل تشكيل حلقة الكروماتين بين معزز LTF والمروج. تؤكد هذه الدراسة على أهمية LTFe في تنظيم التعبير الجيني الحاسم لتقدم سرطان البروستاتا وتقترح إمكانيته كهدف علاجي وعلامة حيوية.
المناقشة
تسلط الأبحاث الضوء على دور إشارات مستقبل الأندروجين (AR) في تثبيط الفيروبتوز في سرطان البروستاتا من خلال تنظيم محور LTFe-LTF. توضح الدراسة أن AR يرتبط مباشرة بعناصر الاستجابة للأندروجين (AREs) في جين LTF، مما يؤدي إلى تقليل كل من LTFe وLTF، وهما حاسمان للفيروبتوز الذي يتوسطه أكسدة الدهون المعتمدة على الحديد. كشفت تحليل مجموعات سرطان البروستاتا المختلفة عن علاقة سلبية كبيرة بين تعبير AR ومستويات LTFe/LTF، مما يشير إلى أن تثبيط AR قد يعزز الفيروبتوز. أدى العلاج بدواء مضاد لـ AR إنزالوتاميد (ENZ) إلى زيادة تعبير LTFe وLTF، وزيادة علامات الفيروبتوز، وزيادة الحساسية لمولدات الفيروبتوز مثل RSL3، مما يشير إلى أن استهداف AR قد يوفر استراتيجية علاجية للتغلب على المقاومة في سرطان البروستاتا المقاوم للإخصاء (CRPC).
علاوة على ذلك، أظهر الجمع بين ENZ وRSL3 تأثيرًا تآزريًا في تقليل نمو الورم في كل من نماذج سرطان البروستاتا الحساسة للهرمونات وCRPC، مما يشير إلى نهج واعد لتعزيز النتائج العلاجية. تؤكد الدراسة على إمكانية استهداف محور LTFe-LTF وإشارات AR لتحفيز الفيروبتوز في سرطان البروستاتا، مما يوفر إطارًا ميكانيكيًا لاستراتيجيات علاجية مستقبلية تهدف إلى تحسين فعالية العلاج في مراحل المرض المتقدمة. بشكل عام، تدعو النتائج إلى مزيد من الاستكشاف لتنظيم المعززات المعتمدة على eRNA وآثارها في علاج السرطان، خاصة في سياق العلاجات المستهدفة لـ AR.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02170-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40082405
Publication Date: 2025-03-14
Author(s): Sheng Ma et al.
Primary Topic: Cancer-related molecular mechanisms research
Overview
This study investigates the role of enhancer RNAs (eRNAs) in prostate cancer, focusing on their regulatory functions in gene expression. Utilizing integrated chromatin accessibility and transcriptomic analyses through ATAC-seq and RNA-seq on twenty pairs of prostate cancer and matched benign tissues, the researchers identified differentially expressed eRNAs linked to genes involved in prostate development and oncogenic pathways. Notably, lactotransferrin-eRNA (LTFe) was found to be significantly downregulated in prostate cancer tissues, and functional analyses indicated its tumor-suppressive properties.
Mechanistically, LTFe enhances the transcription of its target gene, lactotransferrin (LTF), by interacting with heterogeneous nuclear ribonucleoprotein F (HNRNPF) to facilitate enhancer-promoter chromatin interactions. The study also reveals that the LTFe-LTF axis promotes ferroptosis by regulating iron transport, while androgen receptor (AR) signaling disrupts LTFe-associated chromatin looping, contributing to ferroptosis resistance. Importantly, the combination of the AR inhibitor enzalutamide and the ferroptosis inducer RSL3 demonstrated significant tumor growth suppression, suggesting a novel therapeutic strategy for castration-resistant prostate cancer. Overall, these findings underscore the critical role of eRNAs, particularly the LTFe-LTF axis, as epigenetic regulators and potential therapeutic targets in prostate cancer treatment.
Introduction
Prostate cancer is a major global health issue, being the second most frequently diagnosed cancer and the fifth leading cause of cancer-related deaths among men. The disease exhibits significant clinical heterogeneity, ranging from indolent forms to aggressive, metastatic variants, necessitating precise molecular characterization for effective treatment. While early-stage localized prostate cancer can often be managed with interventions such as radical prostatectomy and androgen deprivation therapy (ADT), many patients progress to castration-resistant prostate cancer (CRPC), characterized by persistent androgen receptor (AR) signaling despite treatment. Recent genomic studies have advanced our understanding of genetic alterations in prostate cancer, yet the role of noncoding regulatory elements, particularly enhancers and enhancer RNAs (eRNAs), remains underexplored.
This study employs an integrated epigenetic analysis combining ATAC-seq and RNA-seq on prostate cancer tissues and matched normal samples to investigate the functional relevance of eRNAs in prostate cancer progression. Notably, lactotransferrin-eRNA (LTFe) was identified as a tumor suppressive eRNA, with reduced expression in cancer tissues. Functional assays demonstrated that LTFe inhibits cancer cell proliferation and promotes ferroptosis by enhancing the transcription of its target gene, lactotransferrin (LTF), through interactions with the RNA-binding protein heterogeneous nuclear ribonucleoprotein F (HNRNPF). Furthermore, AR signaling was found to disrupt chromatin loops, diminishing LTFe and LTF expression and thereby reducing ferroptotic sensitivity. The combination of the anti-AR drug enzalutamide and the ferroptosis inducer RSL3 showed synergistic effects in suppressing tumor growth, suggesting that targeting eRNA-mediated enhancer regulation could provide a novel therapeutic strategy for overcoming resistance in CRPC. These findings highlight the critical role of LTFe in prostate cancer biology and pave the way for future investigations into enhancer-based therapies.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and the rationale behind the chosen methods. This comprehensive approach allows for a clear understanding of how the research was conducted, facilitating validation and potential replication by other researchers in the field.
Results
The results of this study provide a comprehensive analysis of the transcriptional landscape and enhancer activity in human prostate cancer, focusing on chromatin accessibility and the role of enhancer RNAs (eRNAs). Using ATAC-seq and RNA-seq on paired prostate cancer and adjacent normal tissues, the researchers identified significant differences in chromatin accessibility, with 16,012 to 44,673 peaks in cancer tissues and 13,496 to 47,630 in normal tissues. Notably, 132 tumor-specific and 483 normal-specific peaks were identified, highlighting distinct chromatin dynamics associated with tumorigenesis. Functional annotation revealed that these changes are linked to critical biological processes, including protein-to-membrane docking and peroxisomal transport, which are pivotal in cancer progression.
A key finding was the identification of LTFe, an eRNA located near the lactotransferrin (LTF) gene, which was significantly downregulated in prostate cancer tissues. Validation through ChIP-seq and qPCR confirmed LTFe’s role as an active enhancer, with its expression correlating positively with LTF levels. Functional assays demonstrated that LTFe acts as a tumor suppressor, inhibiting prostate cancer cell proliferation both in vitro and in vivo. Mechanistically, LTFe enhances LTF transcription by recruiting the RNA binding protein HNRNPF, facilitating chromatin loop formation between the LTF enhancer and promoter. This study underscores the importance of LTFe in regulating gene expression critical for prostate cancer progression and suggests its potential as a therapeutic target and biomarker.
Discussion
The research highlights the role of androgen receptor (AR) signaling in suppressing ferroptosis in prostate cancer through the regulation of the LTFe-LTF axis. The study demonstrates that AR directly binds to androgen response elements (AREs) in the LTF gene, leading to a downregulation of both LTFe and LTF, which are critical for ferroptosis mediated by iron-dependent lipid peroxidation. Analysis of various prostate cancer cohorts revealed a significant negative correlation between AR expression and LTFe/LTF levels, suggesting that AR inhibition could enhance ferroptosis. Treatment with the anti-AR drug enzalutamide (ENZ) resulted in increased LTFe and LTF expression, elevated markers of ferroptosis, and heightened sensitivity to ferroptosis inducers like RSL3, indicating that targeting AR may provide a therapeutic strategy for overcoming resistance in castration-resistant prostate cancer (CRPC).
Furthermore, the combination of ENZ and RSL3 exhibited a synergistic effect in reducing tumor growth in both hormone-sensitive and CRPC models, suggesting a promising approach to enhance therapeutic outcomes. The study underscores the potential of targeting the LTFe-LTF axis and AR signaling to induce ferroptosis in prostate cancer, providing a mechanistic framework for future therapeutic strategies aimed at improving treatment efficacy in advanced disease stages. Overall, the findings advocate for further exploration of eRNA-mediated enhancer regulation and its implications in cancer therapy, particularly in the context of AR-targeted treatments.