Cell：沈佳/邱志欣等揭示肿瘤基因组重复序列转录沉默的特异机制

2021

01/06

生物世界

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重复序列 （RE）占人类基因组〜50％，通常在转录上是沉默的。细胞通常通过抑制型表观遗传修饰使RE沉默，包括DNA甲基化、组蛋白去乙酰化、H3K9me3和H4K20me3 等。

目前，RE在快速分裂的肿瘤细胞中伴随着DNA复制维持抑制型修饰的机制未明。另外，DNA甲基转移酶（DNMT）抑制剂和组蛋白去乙酰化酶 (HDAC) 抑制剂可以通过激活癌细胞重复序列（RE）来提升肿瘤免疫治疗效果，但同时会影响正常细胞而呈现明显副作用。

所以，探索肿瘤特异性的重复序列（RE）沉默机制并且使用相关药物进行靶向干预将会为开发新一代抗癌药物和免疫治疗策略提供重要依据。

2020年12月23日，加州圣地亚哥Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute (SBP) 的Charles Spruck研究组与加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的Jeremy Rich 研究组合作，在 Cell 杂志发表了题为： FBXO44 promotes DNA replication-coupled repetitive element silencing in cancer cells 的研究论文。

报道了FBXO44招募的复合体介导了肿瘤细胞分裂过程中重复序列的沉默以及相关小分子抑制剂的抗肿瘤活性。

该研究首先运用高内涵siRNA文库筛选多种来源的肿瘤细胞以鉴定出同时调控DNA复制与抑制型表观遗传修饰H3K9me3的关键调控因子。作者发现敲低FBXO44导致肿瘤细胞DNA复制受阻，H3K9me3在多种RE上丢失从而导致这些RE的转录激活。ChIP-seq结果揭示了FBXO44直接结合到这些RE上，并且与H3K9me3的结合图谱重合。

蛋白质质谱分析与后续一系列生化分子实验结果表明，FBXO44与组蛋白甲基转移酶SUV39H1以及CRL4、Mi-2/NuRD形成一个复合物，在肿瘤细胞DNA复制过程中定位于复制叉附近。这个复合体可直接结合来自原始DNA链上的H3K9me3修饰的组蛋白（old histone），然后通过SUV39H1对于邻近新合成的组蛋白（new histone）进行H3K9me3修饰从而沉默相关DNA区域的RE。

进一步研究发现，敲低FBXO44激活转录的RE形成大量细胞质定位的dsRNA，dsDNA以及微核（micronuclei）。RNA-seq 数据表明肿瘤细胞内的抗病毒通路包括RIG-I/MDA5-MAVS和cGAS-STING、干扰素IFN通路、表面抗原呈递通路以及招募T细胞和NK细胞的多种细胞因子被激活，从而增强肿瘤细胞的免疫原性。运用多种来源的肿瘤细胞，研究人员发现抑制FBXO44或者复合体中的SUV39H1均可以抑制肿瘤细胞在体外与小鼠体内的生长。而对于来自正常组织的细胞，抑制FBXO44复合物并没有显著影响细胞活性。

进一步机制研究发现，FBXO44复合物以及相关的H3K9me3修饰广泛富集于肿瘤细胞中的RE上，而在正常细胞中这种富集明显减少。然后，对于免疫治疗PD-1抗体耐受的4T1乳腺癌小鼠模型，使用SUV39H1的小分子抑制剂干预FBXO44复合物联合PD-1抗体可以显著提高免疫治疗的效果。

机制上进一步阐明是由于具有活性的T细胞与NK细胞被招募到肿瘤中发挥作用，而这个效应是依赖于小鼠肿瘤中被激活的RIG-I/MDA5-MAVS 和 cGAS-STING通路。免疫组化分析乳腺癌肿瘤病人组织以及已有的公共数据库中的癌症病人数据表明FBXO44在人类多种癌症中高表达，且与不良预后正相关。

FBXO44的高表达与病人肿瘤中的CD8⁺ T 细胞和NK 细胞的浸润、肿瘤抗原呈递等通路负相关，进一步印证通过靶向干预FBXO44复合物可以提高肿瘤的免疫原性。

最后，作者将靶向FBXO44相关的免疫分子标签与现有的多个癌症病人的免疫治疗数据集进行分析比对，揭示抑制FBXO44可以显著提高病人对于这些免疫治疗的响应。

综上所述，该研究报道了FBXO44在DNA复制过程中通过招募SUV39H1、CRL4以及Mi-2/NuRD形成复合物，促进肿瘤细胞中H3K9me3介导的重复序列沉默。敲低FBXO44或者利用小分子干预其复合物的功能可以激活肿瘤细胞内DNA复制压力、抗病毒与干扰素IFN通路，抑制肿瘤生长的同时，还可以提高免疫原性克服免疫治疗耐受性。

沈佳博士和 邱志欣 博士为该论文的共同第一作者（分别毕业于中科院上海生化与细胞所胡荣贵组和惠利健组）。Charles Spruck教授与Jeremy Rich教授为共同通讯作者。该课题由美国SBP、UCSD、UCLA、Case Western Reserve University、英国University of Sheffield和瑞典Karolinska Institute等单位合作完成。

目前，为了得到针对于FBXO44 复合物更优质的先导化合物，该团队正在建立适合于大规模化合物初筛和复筛的多个模型。诚挚欢迎具有早期药物发现平台、药物临床前研究平台的机构与他们联系合作（ zshen@sbpdiscovery.org ），共同推动该项目的药物转化。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.11.042