1.组蛋白遗传受损导致乳腺癌MCF-7细胞的表观遗传重编程

在人类乳腺癌细胞系中通过突变MCM2与组蛋白结合的结构域(MCM2-2A)或敲除POLE3(POLE3 KO MCF-7)成功构建了组蛋白遗传受损的肿瘤细胞模型，并发现破坏肿瘤细胞的组蛋白遗传后，肿瘤细胞的表观遗传谱发生了剧烈的改变，包括组蛋白的表达水平、分布、染色质可及性等。其中，H3K27me3的分布变化最为剧烈。H3K27me3是兼性异染色质的标志，主要负责抑制基因转录。组蛋白遗传失衡后，H3K27me3在基因启动子处出现严重丢失，且其丢失造成大量基因的去抑制，包括上皮细胞增殖、分化以及上皮间质转化(EMT)等大量与肿瘤进展相关的基因，导致这些通路的异常激活。

图1 组蛋白遗传受损导致肿瘤细胞的表观遗传谱剧烈改变

图2 破坏组蛋白遗传重构H3K27me3分布，并导致肿瘤进展相关基因的去抑制

2.组蛋白遗传受损可促进体内肿瘤的生长和侵袭

将MCM2-2A突变或WT MCF-7细胞原位移植到免疫功能受损的小鼠乳腺中，发现MCM2-2A突变小鼠肿瘤的生长速度显著增快、侵袭性增强、肺转移显著增多、总存活率显著降低，并在MCM2-2A和POLE3 KO MCF-7类器官中发现了同样的结果，表明亲代组蛋白遗传受损可促进肿瘤生长，促进肿瘤细胞转移。

图3 亲代组蛋白遗传受损促进体内乳腺肿瘤生长和转移

3.组蛋白遗传障碍通过形成不同的亚克隆促进肿瘤发展

为了在单细胞水平上表征MCM2-2A突变肿瘤的进化，对原位移植后4周或7周收集的小鼠肿瘤样本进行了scRNA-seq。细胞分群将肿瘤细胞分成5个亚群，亚群2和5几乎完全由MCM2-2A突变细胞组成。亚群2高表达了调控细胞生长、激素应答、上皮细胞分化和腺体发育的基因；亚群5表达与DNA复制、有丝分裂细胞周期和细胞增殖相关途径相关的基因，且高表达了与乳腺癌患者侵袭、转移相关的基因集，表明这2个亚群是导致肿瘤细胞快速增殖和侵袭性增强的主要因素。

将CUT&Tag数据与scRNA-seq数据进行关联，筛选靶基因与肿瘤生长、增殖和转移相关的H3K27me3下调或H3K4me3失调的启动子，并探讨其对体内基因表达的影响，发现在移植后4周35%因H3K27me3缺失而下调的基因继续上调，大多数因H3K4me3表达失调的基因在移植后4周仍保持其表达模式的变化，显示组蛋白遗传受损通过表观遗传重编程促进肿瘤进展。