腸内毒素はヒストン脱メチル化酵素 JMJD2B のアップレギュレーションを介して大腸癌のステムネスを誘導することがわかった

Enterotoxigenic induces the stemness in colorectal cancer via upregulating histone demethylase JMJD2B.

• Qian-Qian Liu
• Chun-Min Li
• Lin-Na Fu
• Hao-Lian Wang
• Juan Tan
• Yun-Qian Wang
• Dan-Feng Sun
• Qin-Yan Gao
• Ying-Xuan Chen
• Jing-Yuan Fang

抄録

Enterotoxigenic（ETBF）の富化はCRC患者で確認されており、予後の悪化と関連している。がん幹細胞（CSC）はCRCの発生に不可欠な役割を果たしている。しかし、ETBFがCSCの制御に関与しているかどうかは不明である。我々は、CSCの特性におけるETBFの役割を明らかにするために、ETBFを投与したCRC細胞をヌードマウスに皮下注射した後の極端な限定希釈アッセイ（ELDA）、ETBFの有無にかかわらず投与後のアゾキシメタン（AOM）マウスモデルでの腫瘍オルガノイド培養、およびETBFの有無にかかわらずCRC細胞株をインキュベートした後の細胞球形成アッセイを実施した。その結果、ETBFはCRC細胞の幹細胞率を増加させ、細胞球の形成を促進することが明らかになった。さらに、ETBFは、幹細胞のコアとなる転写因子NANOGホメオボックス（NANOG）と性決定領域Yボックス2（SOX2）の発現を増強した。ヒストンH3リジン9トリメチル化（H3K9me3）は、CSCの特性を調節する上で重要である。エピジェネティックおよび転写調節因子として、JmjCドメイン含有ヒストンデメチラーゼ2B（JMJD2B）は、胚性幹細胞（ESC）の形質転換およびH3K9me3の脱メチル化に必須である。ETBF感染はCRC細胞株とヌードマウスの異種移植モデルにおいてJMJD2Bレベルを有意に上昇させた。また、JMJD2BはプロモーターH3K9me3の脱メチル化を介してNANOGの発現をエピジェネティックにアップレギュレートし、ETBFによるCRC細胞の幹細胞化を仲介していた。さらに、ETBFによって活性化されたToll様受容体4（TLR4）経路が、活性化T細胞の核内転写因子5（NFAT5）を介してJMJD2Bの発現に寄与していることを明らかにした。最後に、ヒトCRCサンプルにおいて、ETBFの量は核内NFAT5、JMJD2B、およびNANOGの発現レベルと正の相関を示した。以上のことから、ETBFはTLR4-NFAT5依存性の経路でJMJD2Bレベルを上昇させ、大腸発癌を促進するステムネス制御に重要な役割を果たしていることが示唆された。

The enrichment of Enterotoxigenic (ETBF) has been identified in CRC patients and associated with worse prognosis. Cancer stem cells (CSCs) play essential roles in CRC development. However, whether ETBF is involved in CSCs regulation is unknown. To clarify the role of ETBF in CSCs properties, we performed extreme limited dilution assays (ELDA) in nude mice injected with ETBF-treated or untreated CRC cells subcutaneously, tumor organoids culture in azoxymethane (AOM) mouse model after gavaging with or without ETBF, and cell sphere formation assay after incubating CRC cell lines with or without ETBF. The results indicated that ETBF increased the stemness of CRC cells and . Furthermore, ETBF enhanced the expression of core stemness transcription factors Nanog homeobox (NANOG) and sex determining region Y-box 2 (SOX2). Histone H3 Lysine 9 trimethylation (H3K9me3) is critical in regulating CSCs properties. As an epigenetic and transcriptional regulator, JmjC-domain containing histone demethylase 2B (JMJD2B) is essential for embryonic stem cell (ESC) transformation and H3K9me3 demethylation. Mechanistically, ETBF infection significantly upregulated JMJD2B levels in CRC cell lines and nude mice xenograft model. JMJD2B epigenetically upregulated NANOG expression via demethylating its promoter H3K9me3, to mediate ETBF-induced stemness of CRC cells. Subsequently, we found that the Toll-like receptor 4 (TLR4) pathway, activated by ETBF, contributed to the enhanced expression of JMJD2B via nuclear transcription factor nuclear factor of activated T cells 5 (NFAT5). Finally, in human CRC samples, the amount of ETBF positively correlated with nuclear NFAT5, JMJD2B, and NANOG expression levels. In summary, ETBF upregulated JMJD2B levels in a TLR4-NFAT5-dependent pathway, and played an important role in stemness regulation, which promoted colorectal carcinogenesis.