RUNX1-CBFβ転写因子複合体の阻害は乳腺上皮細胞の同一性を損なう：有糸分裂遺伝子のブックマークによって安定化される可能性のある表現型

Inhibition of the RUNX1-CBFβ transcription factor complex compromises mammary epithelial cell identity: a phenotype potentially stabilized by mitotic gene bookmarking.

• Joshua T Rose
• Eliana Moskovitz
• Joseph R Boyd
• Jonathan A Gordon
• Nicole A Bouffard
• Andrew J Fritz
• Anuradha Illendula
• John H Bushweller
• Jane B Lian
• Janet L Stein
• Sayyed K Zaidi
• Gary S Stein

抄録

RUNX1は乳腺上皮細胞のアイデンティティの決定に重要な役割を果たすことが最近明らかになった。しかし、乳腺上皮細胞におけるRUNX1転写因子の欠損が上皮から間葉系への移行（EMT）をもたらすメカニズムは明らかにされていませんでした。ここでは、RUNX1とそのヘテロ二量体パートナーであるCBFβとの相互作用が乳腺上皮細胞のアイデンティティを維持するために必須であることを報告する。RUNX1-CBFβの相互作用、DNA結合、有糸分裂染色体との結合が阻害されると、細胞の形態、全体的なタンパク質合成、表現型に関連した遺伝子発現が変化する。間期には、RUNX1はパンク状の病巣として組織化されており、有糸分裂の間に動的に再分布している。非同期性、有糸分裂的に濃縮された初期G1乳房上皮細胞のゲノムワイドなRUNX1占有プロファイルから、RUNX1はRNA Pol IIが転写されたタンパク質をコードするRNA遺伝子と長いノンコーディングRNA遺伝子、およびRNA Pol Iが転写されたリボソーム遺伝子と結合し、乳腺上皮の増殖、成長、表現型維持に重要な役割を果たしていることが明らかになった。これらの遺伝子のサブセットは、有糸分裂からG1への移行期においてもタンパク質に占有されたままであった。以上の結果から、RUNX1-CBFβ複合体は正常な乳腺上皮表現型の維持に必要であり、その破綻はEMTを引き起こすことが明らかになった。本研究では、RUNX1による上皮関連遺伝子のサブセットの有糸分裂ブックマークが、乳腺上皮細胞のアイデンティティの安定化に寄与する重要なエピジェネティックメカニズムである可能性を初めて示唆した。

RUNX1 has recently been shown to play an important role in determination of mammary epithelial cell identity. However, mechanisms by which loss of the RUNX1 transcription factor in mammary epithelial cells leads to epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) are not known. Here, we report that interaction between RUNX1 and its heterodimeric partner CBFβ is essential for sustaining mammary epithelial cell identity. Disruption of RUNX1-CBFβ interaction, DNA binding, and association with mitotic chromosomes alters cell morphology, global protein synthesis, and phenotype-related gene expression. During interphase, RUNX1 is organized as punctate, predominantly nuclear, foci that are dynamically redistributed during mitosis, with a subset localized to mitotic chromosomes. Genome-wide RUNX1 occupancy profiles for asynchronous, mitotically enriched, and early G1 breast epithelial cells reveal RUNX1 associates with RNA Pol II-transcribed protein coding and long non-coding RNA genes and RNA Pol I-transcribed ribosomal genes critical for mammary epithelial proliferation, growth, and phenotype maintenance. A subset of these genes remains occupied by the protein during the mitosis to G1 transition. Together, these findings establish that the RUNX1-CBFβ complex is required for maintenance of the normal mammary epithelial phenotype and its disruption leads to EMT. Importantly, our results suggest, for the first time, that RUNX1 mitotic bookmarking of a subset of epithelial-related genes may be an important epigenetic mechanism that contributes to stabilization of the mammary epithelial cell identity.