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

Brigham And Women'S Hospital, Boston MA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

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.    Â