胶原蛋白II

引言 基因的表达依赖于转录激活因子和转录辅助因子的参与，这一过程为通过调控基因表达来治疗疾病提供了有前途的策略。在这些辅助因子中，一种具有bromodomain（BD）与extraterminal （ET）结构域（BET）的家族蛋白质起到了关键作用，包括BRD2、BRD3、BRD4和BRDT。这类蛋白可以通过bromodomain（BD1和BD2）特异性地识别染色质的乙酰化标记从而调控基因表达，因此被视为基因表观调控的重要分子。 BET蛋白的BD结构域在基因调控中发挥着两个重要作用。首先，它们通过与乙酰化组蛋白的结合，帮助将BET蛋白招募到基因的增强子和启动子区域，促进基因的激活。其次，BD结构域还通过一种特殊的组蛋白伴侣活性，促进基因的转录延长过程。此外，BET蛋白的ET结构域，能与多种转录调控因子结合，进而进一步影响基因的表达。在这些蛋白中，BRD4因其支持癌基因MYC的转录表达而备受关注。大家长期认为它通过结合乙酰化组蛋白，招募正性转录延长因子（P-TEFb），促进癌基因的持续表达。 BET抑制剂（BETi）通过与BD结构域竞争性结合，阻断BET蛋白与染色质的相互作用，进而抑制癌基因的转录。这类抑制剂在多种癌症中显示出很强的抗肿瘤活性，尤其是抑制像MYC这样的致癌基因。然而，临床试验表明，对于雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌患者，BET抑制剂并未显示出显著疗效。雌激素受体（ER）通过激活癌基因（如MYC和CCND1）的转录，促进肿瘤生长，因此对ER+乳腺癌患者而言，ER扮演了关键角色。尽管近年医学界在ER+乳腺癌治疗方面取得了一些进展，但治疗耐药性仍然是一个重大挑战，尤其是对于高风险患者，他们往往面临有限的治疗选择和较差的预后。而对于这些患者，BET抑制剂一度被寄予厚望。 2024年9月9日，洛克菲勒大学Robert G. Roeder博士 (Arnold and Mabel Beckman Professor) 和张思聪博士（research associate）在Nature Structural & Molecular Biology上发表了文章Resistance of estrogen receptor function to BET bromodomain inhibition is mediated by transcriptional coactivator cooperativity。该研究揭示了一个重要机制：在ER+乳腺癌中，尽管BET抑制剂能够抑制一些基因的表达，但MYC等关键癌基因的转录却依然活跃。这并非是由于乳腺癌细胞对BET抑制剂的演化适应，而是因为他们有一种与生俱来的转录机制——BRD4可以通过不依赖于BD结构域的机制，与其他转录辅助因子相互作用，继续激活这些癌基因。这一发现解释了BET抑制剂在ER+乳腺癌患者中疗效有限的原因。 研究人员首先仔细比较了使用BET抑制剂与去除BET蛋白后对转录的影响，并发现MYC等基因的转录依赖于BET蛋白而非BD结构域的功能。由于目前对哪一个BET蛋白参与ER介导的转录调控尚有争议，研究人员比较了所有BET蛋白的功能。研究人员发现，只有BRD4可以通过不依赖于BD结构域激活MYC与其他癌基因的转录。将BRD4从细胞中去除后，BET抑制剂的抗癌作用显著增强。通过生化手段，发现BRD4能够与Mediator蛋白复合物结合，这个复合物在基因转录过程中发挥着至关重要的调控作用并与ER直接结合。当利用细胞编辑的手段干扰Mediator的功能时，BRD4在基因增强子上的结合显著下降。由于BRD4与Mediator的结合不依赖于BD，研究人员发现了一种新的BRD4的招募途径。 此外，通过研究人员发明的一种专门分析RNA聚合酶II（Pol II）及其相关因子作用的方法——mass spectrometry with DTME crosslinking (MSDC)，发现了BET蛋白通过促进Pol II与转录延长因子（如SPT5、SPT6，PAF1复合物）相互作用，促进基因的转录延长过程。而且这些延长因子的与BET蛋白的作用也不依赖于BD结构域。不过，BET蛋白并并不参与招募P-TEFb。相反，BET蛋白被去除后，P-TEFb在一些基因区域的结合甚至有所增加。因此，我们阐明了BET蛋白如何在不依赖于BD的情况下促进转录延长。 该研究发现对理解ER驱动的基因调控机制具有重要意义。这不仅有助于揭示BET蛋白在癌症中的复杂作用机制，尤其是其在没有BD结构域参与下的关键功能，也为未来开发新型抗癌疗法提供了新的方向。通过更深入地研究这些机制，我们有望克服现有内分泌疗法的抗药性，改善包括乳腺癌在内的多种癌症的治疗效果。 参考文献 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41594-024-01384-6 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言高效终止是基因转录所必需的。真核生物使用保守的外核糖核酸酶介导的机制来终止RNA聚合酶II (Pol II)的mRNA转录。2024年3月27日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院合成生物学重点实验室张余研究组（曾媛为论文的第一作者）在Nature 在线发表题为”Structural basis of exoribonuclease-mediated mRNA transcription termination“的研究论文，该研究报道了与5 '至3 '外核糖核酸酶Rat1及其伙伴Rai1结合的酿酒酵母 Pol II预终止转录复合物的两个冷冻电镜结构。结构表明，Rat1取代了延伸因子Spt5，停靠在Pol II茎结构域。Rat1屏蔽Pol II的RNA出口通道，引导新生RNA走向其活性中心，并在新生RNA的5 '端堆叠三个核苷酸。这些结构进一步表明，Rat1在缩短RNA时向Pol II旋转。总之，该研究揭示了酵母mRNA转录终止的分子机制。转录作为中心法则中必不可少的一步，在基因表达过程中承担重要作用。转录按照其反应过程可以分为转录起始，转录延伸，转录终止。近年来转录起始和转录延伸的机制逐渐被揭开。然而，由于转录终止的动态和不稳定特性，其机制仍不清楚。转录终止（transcription termination）是指RNA聚合酶（RNA polymerase，RNAP）停止RNA延伸、释放RNA并从DNA解离的过程。正确的转录终止对mRNA的稳定性和RNA聚合酶的高效循环利用至关重要。酵母细胞RNA聚合酶II（RNA polymerase II，Pol II）的转录终止机制根据其合成的RNA类型主要分为两类，第一类是mRNA的转录终止，第二类是non-coding RNA的转录终止。mRNA的转录终止机制在真核生物中普遍保守。当Pol II转录至基因末端的多聚腺苷化信号（Polyadenylation Site; PAS）时，pre-mRNA在PAS位点下游被切割分为两段。切割后的mRNA完成PolyA加尾后被转运至细胞质翻译，而Pol II仍然朝下游转录继续合成RNA，其转录终止依赖一个保守的5’-3’ RNA外切酶（酵母Rat1，哺乳动物XRN2，植物XRN3），针对真核细胞mRNA转录终止的机制已经被研究了多年，提出了包括“鱼雷”、“异构”等多个模型，但是其机制尚存争议。异构模型认为，核酸外切酶Rat1结合诱导Pol II构象变化，促进mRNA自发解离。鱼雷模型认为，核酸外切酶Rat1切割下游RNA并追赶Pol II，当Rat1赶上Pol II后触发mRNA解离。转录终止具体通过何种机制尚存争论。图1 外切酶Rat1与Pol II形成的复合物结构（Credit: Nature）鉴于mRNA转录终止过程快速连续，难以捕捉其中间状态。研究团队利用磷硫键修饰的不同长度RNA组装Pol II转录终止复合物，重构了外切酶缩短RNA的中间态过程，并解析了上述中间状态的复合物结构（图1）。研究团队发现外切酶稳定结合在Pol II的RNA通道外侧，RNA从Pol II的活性中心延伸到了外切酶的活性中心。外切酶的结合位置和Pol II的转录延伸因子互相重叠，外切酶结合促使了延伸因子的解离，解释了外切酶延缓Pol II转录延伸速率的原因。根据以上结构信息，研究团队提出了外切酶介导的mRNA转录终止机制：外切酶覆盖RNA通道出口，直接将Pol II转录的RNA引导至催化中心，利用其RNA外切酶和移位酶缩短RNA长度的同时，对mRNA产生牵引力从而将其从Pol II 催化中心拖拽出来，最终解离mRNA并终止Pol II 转录（图2）。研究团队的工作表明mRNA的转录终止符合修正版的“鱼雷”模型，Pol II类似航行的军舰、外切酶鱼雷追赶上Pol II之后，吸附在Pol II上，随后利用其水解RNA转化的机械力将RNA从Pol II中拖拽出来。图2 外切酶Rat1介导的转录终止模型（Credit: Nature）比较细菌、古菌和真核生物mRNA转录终止，研究团队提出三域生物利用相似的方式终止mRNA合成。这些终止因子均结合在聚合酶的RNA通道外侧，真核生物利用Rat1/XRN2/XRN3的外切酶活性解离mRNA，细菌利用Rho的RNA移位酶活性解离mRNA，古菌利用FttA的外切酶活性解离mRNA。原文链接https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07240-3责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 血管生成在肝细胞癌（HCC）的微环境中起着至关重要的作用。HOXD3参与HCC细胞的转移和侵袭;然而，HCC微环境中潜在的分子机制尚不清楚。 3月16日，西安交通大学王进海教授研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“HOXD3 promotes the migration and angiogenesis of hepatocellular carcinoma via modifying hepatocellular carcinoma cells exosome-delivered CCR6 and regulating chromatin conformation of CCL20”。 本研究揭示了HOXD3-CREBBP / Med15-CCL20-CCR6轴在肝癌侵袭和迁移中的作用，为肝癌的治疗提供了前瞻性靶点。 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-024-06593-x#Sec10 研究背景 01 肝细胞癌是最常见的癌症之一，也是癌症相关死亡的第二大原因。由于其发病率和死亡率的不断增加，肝癌已成为全球关注的健康问题。然而，肝癌的有效治疗方法有限。首选的治疗策略，即手术切除、放疗和化疗，都存在疾病复发的风险，导致预后不良。近年来，随着免疫学的进步，免疫治疗在肝细胞癌的治疗方面取得了重大进展。然而，免疫治疗药物价格昂贵，且具有毒副作用。因此，了解肝癌迁移和侵袭的分子机制，并确定其与基因表达调控的相关性，以提高肝癌的诊断和治疗，是非常重要的。 研究发现 02 在本研究中，研究人员证实了HOXD3-CCL20-CCR6轴在调节肝癌转移、迁移和内皮细胞血管生成中的作用，并发现HOXD3介导了肝癌和内皮细胞在TME中的串扰，因此推测HOXD3可能是一个有前途的治疗靶点。 研究人员研究了HCC来源的外泌体对HUVEC管形成和血管生成过程的影响。研究人员证明了HCC来源的外泌体circ-100338通过增加ECs的促血管生成活性来促进HCC的迁移。研究表明，来自HOXD3处理的HCC细胞(Huh7和MHCC-97H)的外泌体增强了HCC的迁移和侵袭。此外，使用3D球形发芽和管形成实验，结果表明，来自HOXD3处理的HCC细胞的外泌体增加了EC的血管生成。 基于发现，研究人员推测CCR6通过HCC-HOXD3介导的外泌体转运促进EC血管生成，进而影响HCC迁移和侵袭。 研究结果还表明，CCR6表达与人类肝癌样本中的HOXD3呈正相关。HOXD3可以结合CCR6的启动子区域诱导其转录，而CCR6敲低则消除了HOXD3增强的肝癌转移和侵袭。 因此，HOXD3可以通过上调CCR6的表达促进肝癌转移，而CCR6在肝癌和肝内胆管癌中发挥多种作用，协调肿瘤进 展。 研究结果表明CCL20促进肝癌的转移、侵袭和内皮细胞的血管生成能力。 这些结果在体内得到验证，抑制CCL20抑制了肝癌细胞的转移。 此外，在肝癌细胞中观察到HOXD3和CCL20之间的正相关，并发现HOXD3靶向CREBBP和Med15的启动子区域。因此，研究人员推测HOXD3介导的CREBBP和Med15诱导的CCL20表达增加了肝癌细胞的迁移和侵袭能力。研究结果还表明CREBBP可以通过调控H3K27ac影响CCL20的染色质构象，导致CCL20表达增加。此外，研究人员还研究了HCC中Med15表达调控的机制。研究人员进一步研究了HCC中CCL20表达升高的调控机制。 HOXD3-CREBBP/MED15-CCL20-CCR6轴在HCC中作用的分子机制 研究结论 03 本研究发现，HOXD3处理的肝癌细胞外泌体通过传递CCR6 mRNA参与细胞间通讯，在体外和体内调节肝癌细胞的血管生成和转移、侵袭能力。此外，HOXD3直接调节CREBBP和Med15，后者通过促进H3K27乙酰化和诱导Pol II依赖性转录来增强CCL20的表达。CCR6和CCL20的协同作用通过在肝癌和肝癌细胞中发挥多种功能促进肿瘤进展。 因此，本研究揭示了HOXD3-CREBBP/Med15-CCL20-CCR6轴在肝癌侵袭和迁移中的作用，从而为肝癌提供新的治疗靶点。 参考资料： https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-024-06593-x#Sec10 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情