Epigenetics and 3D structure of miR-10b/HoxD locus in the brain and malignant glioma.

总结 胶质母细胞瘤（GBM，或星形细胞瘤IV级）脑肿瘤仍然是人类肿瘤中最致命的形式之一。 癌症和当前肿瘤学中未满足的主要需求。 GBM是一种高度异质性和多因素 以广泛的突变和信号改变为特征的疾病。 因此， 开发实验性疗法可能只能帮助一小部分患者。我们已经发现了微小RNA 10b（miR-miR-10b），一种调节分子，其转录激活作为一种独特的机制出现 几乎所有的胶质瘤，包括高级别和低级别的胶质瘤，都有这一点，尽管它们具有异质性。miR-10b 调节正常胶质细胞的肿瘤转化和恶性胶质瘤的生长。 而且 似乎对异质性胶质瘤细胞和胶质瘤起始干细胞（GSC）的生存力至关重要。以来 miR-10b在几乎所有恶性胶质瘤中高度表达，其抑制作用影响所有胶质瘤亚型， 靶向miR-10b代表了GBM的常见治疗策略。尽管高水平和关键的 miR-10b在GBM中的作用，这种在正常大脑中沉默的分子的表达是如何得到 在胶质瘤形成中的激活是未知的。 根据我们的初步数据，我们假设各种 在大脑中积累的畸变可能会集中在表观遗传学的改变和三个脑区的重组上。 miR-10b基因座的三维结构，导致其转录激活。这种结构性变化， 主要由CCCTC-β结合因子（CTCF）和调节性长非编码RNA转录物介导， 导致miR-10b启动子暴露于相应的增强子，从而导致miR-10b表达。在 在R01项目中，我们将检验我们的假设，研究激活的表观遗传机制， 目的：研究miR-10b基因在胶质瘤中的表达，建立以miR-10b-10b基因为中心的胶质瘤发生模型。具体目标 1，因此，将提供高分辨率分析的后生景观和三维 正常神经胶质细胞和神经胶质瘤细胞和组织中的miR-miR10b基因座的染色质构象， 肿瘤转化的不同阶段。它还将评估如何推广这种调节是在神经胶质瘤 in a genomic基因scale规模.具体目标2将研究主要的调控DNA和RNA元件的功能， 该基因座，包括启动子相关的和增强子相关的RNA，使用 生物化学、基因编辑和基于成像的方法。具体目标3将模拟轨迹的过程 星形胶质细胞和神经祖细胞的活化和肿瘤转化， 胶质瘤发现在大脑皮层中聚集miR-10b表达的机制将有助于阐明 恶性胶质瘤的起源和病因。它也可能建议新的战略，关闭它和新的 用于治疗应用的分子靶标。

Summary     Glioblastoma  (GBM,  or  astrocytoma  grade  IV)  brain  tumor  remains  one  of  the  most  lethal  forms  of  human  cancer  and  a  major  unmet  need  in  current  oncology.  GBM  is  a  highly  heterogeneous  and  multifactorial  disease  characterized  by  the  wide  landscape  of  mutations  and  signaling  alterations.  Thus,  most  of  the  developing experimental therapies will likely only help a fraction of patients. We have discovered microRNA-­ 10b  (miR-­10b),  a  regulatory  molecule  whose  transcriptional  activation  emerges  as  a  unique  mechanism  shared by almost all gliomas, including both high-­grade and low-­grade, despite their heterogeneity. miR-­10b  regulates  neoplastic  transformation  of  normal  glial  cells  and  the  growth  of  malignant  gliomas.  Moreover,  it  appears essential for the viability of heterogeneous glioma cells and glioma-­initiating stem cells (GSC). Since  miR-­10b is highly expressed in practically all malignant gliomas, and its inhibition affects all glioma subtypes,  miR-­10b targeting represents a common therapeutic strategy for GBM. Despite the high levels and the critical  role  of  miR-­10b  in  GBM,  how  the  expression  of  this  molecule,  which  is  silenced  in  the  normal  brain,  gets  activated  in  gliomagenesis  is  unknown.  Based  on  our  preliminary  data,  we  hypothesize  that  various  aberrations accumulating in the brain may converge on epigenetic alterations and reorganization of the three-­ dimensional structure of the miR-­10b locus, resulting in its transcriptional activation. Such structural changes,  primarily mediated by the CCCTC-­binding factor (CTCF) and regulatory long non-­coding RNA transcripts, will  result in the exposure of miR-­10b promoter to a corresponding enhancer, and thus miR-­10b expression. In  this R01 project, we will test our hypothesis, investigate the epigenetic mechanism underlying the activation  of miR-­10b locus in glioma, and establish the miR-­10b-­locus centered model of gliomagenesis. Specific Aim  1  will,  therefore,  provide  the  high-­resolution  analysis  of  the  epigenetic  landscape  and  three-­dimensional  chromatin  conformation  of  miR-­10b  locus  in  normal  neuroglial  and  glioma  cells  and  tissues,  and  at  the  different stages of neoplastic transformation. It will also assess how generalizable such regulation is in glioma  on a genomic scale. Specific Aim 2 will investigate functions of major regulatory DNA and RNA elements in  the  locus,  including  the  promoter-­associated  and  enhancer-­associated  RNAs,  using  a  combination  of  biochemical, gene editing, and imaging-­based approaches. Specific Aim 3 will model the process of the locus  activation and neoplastic transformation of astrocytes and neuroprogenitors using cell and animal models of  glioma. Discovery of the mechanism(s) converging on miR-­10b expression in the brain cortex will shed light  on the origin and etiology of malignant glioma. It may also suggest new strategies for switching it off and new  molecular targets for therapeutic applications.