Abstract BACKGROUND & AIMS Inflammatory bowel disease (IBD) is a complex and relapsing inflammatory disease, and patients with IBD exhibit a higher risk of developing colorectal cancer (CRC). Epithelial barrier disruption is one of the major causes of IBD in which epigenetic modulation is pivotal. However, the epigenetic mechanisms underlying the epithelial barrier integrity regulation remain largely unexplored. Here, we investigated how SETD2, an epigenetic modifier, maintains intestinal epithelial homeostasis and attenuates colonic inflammation and tumorigenesis. METHODS GEO public database and IBD tissues were used to investigate the clinical relevance of SETD2 in IBD. To define a role of SETD2 in the colitis, we generated mice with epithelium-specific deletion of Setd2 ( Setd2 Vil-KO mice). Acute colitis was induced by 2% dextran sodium sulfate (DSS), and colitis-associated CRC was induced by injecting azoxymethane (AOM), followed by three cycles of 2% DSS treatments. Colon tissues were collected from mice and analyzed by histology, immunohistochemistry and immunoblots. Organoids were generated from Setd2 Vil-KO and control mice, and were stained with 7-AAD to detect apoptosis. A fluorescent probe, 2′,7′-dichlorodihydrofluorescein diacetate (H2DCFDA), was used to detect the levels of ROS in intestinal epithelial cells (IECs) isolated from the two types of mice. RNA-seq and H3K36me3 ChIP-seq analyses were performed to identify the mis-regulated genes modulated by SETD2. Results were validated in functional rescue experiments by N-acetyl-l-cysteine (NAC) treatment and transgenes expression in IECs. RESULTS SETD2 expression became decreased in IBD patients and DSS-treated colitis mice. Setd2 Vil-KO mice displayed abnormal loss of mucus-producing goblet cells and antimicrobial peptide (AMP)-producing Paneth cells, and exhibited pre-mature intestinal inflammation development. Consistent with the reduced SETD2 expression in IBD patients, Setd2 Vil-KO mice showed increased susceptibility to DSS-induced colitis, accompanied by more severe epithelial barrier disruption and markedly increased intestinal permeability that subsequently facilitated inflammation-associated CRC. Mechanistically, deletion of Setd2 resulted in excess reactive oxygen species (ROS), which led to cellular apoptosis and defects in barrier integrity. NAC treatment in Setd2 Vil-KO mice rescued epithelial barrier injury and apoptosis. Importantly, Setd2 depletion led to excess ROS by directly down-regulating antioxidant genes that inhibit ROS reaction. Moreover, overexpression of antioxidant PRDX6 in Setd2 Vil-KO IECs largely alleviated the overproductions of ROS and improved the cellular survival. CONCLUSIONS Deficiency of Setd2 specifically in the intestine aggravates epithelial barrier disruption and inflammatory response in colitis via a mechanism dependent on oxidative stress. Thus, our results highlight an epigenetic mechanism by which Setd2 modulates oxidative stress to regulate intestinal epithelial homeostasis. SETD2 might therefore be a pivotal regulator that maintains the homeostasis of the intestinal mucosal barrier.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a clinically challenging cancer with a dismal overall prognosis. NSD2 is an H3K36-specific di-methyltransferase that has been reported to play a crucial role in promoting tumorigenesis. Here, the study demonstrates that NSD2 acts as a putative tumor suppressor in Kras-driven pancreatic tumorigenesis. NSD2 restrains the mice from inflammation and Kras-induced ductal metaplasia, while NSD2 loss facilitates pancreatic tumorigenesis. Mechanistically, NSD2-mediated H3K36me2 promotes the expression of IκBα, which inhibits the phosphorylation of p65 and NF-κB nuclear translocation. More importantly, NSD2 interacts with the DNA binding domain of p65, attenuating NF-κB transcriptional activity. Furthermore, inhibition of NF-κB signaling relieves the symptoms of Nsd2-deficient mice and sensitizes Nsd2-null PDAC to gemcitabine. Clinically, NSD2 expression decreased in PDAC patients and negatively correlated to nuclear p65 expression. Together, the study reveals the important tumor suppressor role of NSD2 and multiple mechanisms by which NSD2 suppresses both p65 phosphorylation and downstream transcriptional activity during pancreatic tumorigenesis. This study opens therapeutic opportunities for PDAC patients with NSD2 low/loss by combined treatment with gemcitabine and NF-κBi.

Abstract Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is a clinically challenging cancer with a dismal overall prognosis. NSD2 is an H3K36-specific di-methyltransferase which has been reported to play a crucial role in promoting tumorigenesis. Here, we demonstrate that NSD2 acts as a putative tumor suppressor in Kras -driven pancreatic tumorigenesis. Low level of NSD2 indicates aggressive feature of PDAC. NSD2 restrains the mice from inflammation and Kras -induced ductal metaplasia, while NSD2 loss facilitates pancreatic tumorigenesis. Mechanistically, NSD2-mediated H3K36me2 promotes the expression of IκBα, which inhibits the phosphorylation of p65 and NF-κB nuclear translocation. More importantly, NSD2 interacts with the DNA binding domain of p65, attenuating NF-κB transcriptional activity. Furthermore, inhibition of NF-κB signaling relieves the symptoms of Nsd2 -deficient mice. Together, our study reveals the important tumor suppressor role of NSD2 and multiple mechanisms by which NSD2 suppresses both p65 phosphorylation and downstream transcriptional activity during pancreatic tumorigenesis. This study contributes to understanding the pathogenesis of pancreatic tumorigenesis and identifies a novel negative regulator of NF-κB signaling.

Abstract Inflammatory bowel disease (IBD) poses a significant challenge due to its intricate pathogenesis. NSD2, a histone methyltransferase responsible for dimethylating histone 3 at lysine 36, is associated with transcriptional activation. However, the precise role of NSD2 in IBD remains unexplored. In this study, we discovered a downregulation of NSD2 in both the intestinal epithelial cells (IECs) of patients and the IBD mouse model. Deficiency of NSD2 in mouse IECs aggravated epithelial barrier disruption and inflammatory response in IBD. Mechanically, NSD2 loss downregulated H3K36me2 and FMO (taurine-synthesis enzyme) mRNA in IECs, resulting in decreased taurine biosynthesis in IECs. Importantly, supplementation with taurine significantly attenuated the symptoms of NSD2 deficiency-induced IBD. These data demonstrate that NSD2 plays a pivotal role in maintaining FMOs-mediated taurine biosynthesis to prevent intestinal inflammation. Our findings also underscore the importance of NSD2-H3K36me2-mediated taurine biosynthesis in maintaining intestinal mucosal barrier homeostasis.

Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is one of the most common and lethal human urological malignancies in the world. The pathological drivers for ccRCC are still poorly understood. One of them is the Ras family of small GTPases that function as "molecular switches" in many diseases including ccRCC. Among them, Di-Ras2 encodes a 26-kDa GTPase that shares 60% homology to Ras and Rap. Yet little is known about the biological function(s) of Di-Ras2. In this study, we found that Di-Ras2 was upregulated in ccRCC, and promoted the proliferation, migration and invasion of human ccRCC cells in the absence of von Hippel-Lindau (VHL). Mechanistically, Di-Ras2 induces and regulates ccRCC formation by modulating phosphorylation of the downstream effectors and activating the MAPK signaling pathway. Moreover, Di-Ras2 interacts with E3 ubiquitin ligase, VHL, which facilitates the ubiquitination and degradation of Di-Ras2. Together, these results indicate a potential function of Di-Ras2 as an oncogene and biomarker in ccRCC, and these data provide a new perspective of the relationship between VHL and the MAPK pathway in ccRCC tumorigenesis.

Abstract Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is a largely incurable disease that is highly relevant to epigenetic regulation including histone modification and DNA methylation. SET domain–containing 2 (SETD2) is a predominant histone methyltransferase catalyzing the trimethylation of histone H3 Lysine 36 (H3K36me3) and its mutations are highly relevant to clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). However, its physiology role in ccRCC remains largely unexplored. Here we report that Setd2 deletion impairs the β-catenin destruction complex to facilitate ccRCC formation in a c-MYC-generated polycystic kidney disease (PKD) model, which can be relieved by an inhibitor of β-catenin-responsive transcription. Clinically, SETD2 loss is widely observed in ccRCC samples, and negatively correlated with expression of some members of β-catenin destruction complex, but positively correlated with the activation of Wnt/β-catenin signaling. Our findings thus highlight a previously unrecognized role of SETD2-mediated H3K36me3 modification in regulation of Wnt/β-catenin pathway in ccRCC. Summary Our findings for the first time reveal a previously unrecognized role of the SETD2-mediated H3K36me3 modification in regulation of the Wnt/β-catenin pathway in ccRCC and shed light on the molecular mechanisms underlying the formation of renal cell carcinoma with epigenetic disorders.