Cancer's alternative means to an end To stay alive and proliferating, tumor cells must maintain their telomeres: the DNA sequences at the ends of chromosomes. The majority accomplish this by activating the enzyme telomerase. However, certain tumor types favor a different mechanism called alternative lengthening of telomeres (ALT), which involves DNA recombination. Flynn et al. delineated the molecular events that occur at the telomeres of ALT-proficient tumor cells by studying the function of a protein that is altered by mutation in these tumors. The analysis revealed a specific protein kinase that is essential for ALT, which could in principle be targeted to halt tumor growth. Science , this issue p. 273

Squamous cell carcinomas (SCCs) are aggressive malignancies. Previous report demonstrated that master transcription factors (TFs) TP63 and SOX2 exhibited overlapping genomic occupancy in SCCs. However, functional consequence of their frequent co-localization at super-enhancers remains incompletely understood. Here, epigenomic profilings of different types of SCCs reveal that TP63 and SOX2 cooperatively and lineage-specifically regulate long non-coding RNA (lncRNA) CCAT1 expression, through activation of its super-enhancers and promoter. Silencing of CCAT1 substantially reduces cellular growth both in vitro and in vivo, phenotyping the effect of inhibiting either TP63 or SOX2. ChIRP analysis shows that CCAT1 forms a complex with TP63 and SOX2, which regulates EGFR expression by binding to the super-enhancers of EGFR, thereby activating both MEK/ERK1/2 and PI3K/AKT signaling pathways. These results together identify a SCC-specific DNA/RNA/protein complex which activates TP63/SOX2-CCAT1-EGFR cascade and promotes SCC tumorigenesis, advancing our understanding of transcription dysregulation in cancer biology mediated by master TFs and super-enhancers.

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) has been a cornerstone for epigenetic analyses over the last decades, but even coupled to sequencing approaches (ChIP-seq), it is ultimately limited to one protein at a time. In a complementary effort, we here combined ChIP with label-free quantitative (LFQ) mass spectrometry (ChIP-MS) to interrogate local chromatin compositions. We demonstrate the versatility of our approach at telomeres, with transcription factors, in tissue and by dCas9-driven locus-specific enrichment.

Transcriptional network is controlled by master transcription factors (TFs) and cis-regulatory elements through interacting with target sequences and recruiting epigenetic regulators. By integration of enhancer profiling and chromatin accessibility, we establish super-enhancer (SE) mediated core regulatory circuitry (CRC) for esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) and identify tumor cells-dependent CRC TFs-TP63, SOX2 and KLF5. They preferentially co-occupy SE loci and form a positive interconnected auto-regulatory loop through SEs to orchestrate chromatin and transcriptional programming. SE-associated oncogene-ALDH3A1 is identified as a novel CRC target contributing to ESCC viability. Using circular chromosome conformation capture sequencing (4C-seq) and CRISPR/Cas9 genome editing, the direct interaction between TP63 promoter and functional enhancers which is mediated by CRC TFs is identified. Deletion of each enhancer decreases expression of CRC TFs and impairs cell viability, phenocopying the knockdown of each CRC TF. Targeting epigenetic regulation by inhibition of either the BET bromodomain or HDAC disrupts the CRC program and its dependent global epigenetic modification, consequently suppressing ESCC tumor growth. Importantly, combination of both compounds result in synergistic anti-tumor effect.