SPIN1

表观遗传机制是真核细胞丰富基因表达层次的重要策略。组蛋白翻译后修饰可以调控下游基因转录事件，不同组蛋白位点的不同的修饰类型通常需要被特定的“阅读器”识别，进而调控下游转录事件。转录共激活因子Spindlin1 具有串联的三个Tudor结构域，其中， 第一和第二个Tudor结构域的芳香笼口袋可以识别多种组蛋白甲基化修饰类型，其中包括H3K4me3, H4K20me3, H3“K4me3-R8me2a” 和 H3“K4me3-K9me3” 等（1-4）。然而， 由于第三个Tudor结构域由于不具有完整的芳香笼口袋，其功能尚未完全知晓。2017年，得克萨斯大学安德森癌症中心Mark Bedford 课题组鉴定 SPINDOC为Spindlin1的相互作用蛋白，并可以衰减Spindlin1的转录激活的作用，但是其分子机制尚未可知（5）。近日，清华大学李海涛课题组与德克萨斯大学安德森癌症中心Mark Bedford 课题组、清华大学高军涛副研究员紧密合作，针对此问题在《J Mol Biol 》杂志在线发表了最新研究成果：“Molecular Basis for SPINDOC-Spindlin1 Engagement and Its Role in Transcriptional Attenuation”。该项工作发现SPINDOC通过一段疏水肽段与Spindlin1形成稳定的复合物，同时位于疏水肽段前的碱性肽段可以竞争性抑制Spindlin1对组蛋白的识别作用，进而减弱Spindlin1对下游基因的转录共激活作用。本论文被J Mol Biol杂志即将出版的致敬已故表观遗传学先驱C David Allis教授的“Histone and DNA modifications（2024）”专辑收录。研究人员通过解析SPINDOC-Spindlin1的复合物晶体结构发现SPINDOC 一段疏水多肽形成反向平行的β-折叠片层，并稳定地与Spindlin1第三个Tudor结构域结合， 形成一个完整的β -折叠桶。值得注意的是，位于这段疏水肽段的前面还有一段富含碱性氨基酸的区域。体外ITC技术显示，尽管SPINDOC疏水肽段的结合并不影响Spindlin1对组蛋白和其他相互作用蛋白的结合能力，但位于疏水肽段前的富含碱性氨基酸的区域可以大大削弱Spindlin1对低亲和力组蛋白和相互作用蛋白的结合，比如非修饰的组蛋白H3, H3K4me3，H3K9me3 和TCF4等。然而，SPINDOC富含碱性氨基酸区域的结合并不影响Spindlin1对高亲和力的配体H3“K4me3-K9me3”的识别作用。进一步的晶体结构解析发现SPINDOC这段富含疏水氨基酸的肽段结合在Spindlin1的第二个芳香笼口袋和其周围的酸性表面，进而竞争性抑制组蛋白和其他相互作用蛋白与Spindlin1的结合。与此同时，ChIP-Seq，ChIP-qPCR和RT-qPCR实验显示SPINDOC可以影响Spindlin1的基因组分布模式，减弱Spindlin1在某些基因启动子区域的定位，并降低这些基因的转录水平，如Spindlin1的靶基因CyclinD1，rDNA，MYC等。与体外的生化实验一致，SPINDOC并不影响Spindlin1在双修饰H3“K4me3-K9me3”基因区域的定位。值得一提的是，来自香港大学的钱程民课题组在2021年报道了Spndlin1与SPINDOC疏水肽段和组蛋白二价修饰H3“K4me3-K9me3”多肽的三元复合物结构，并提出该识别事件激活rDNA转录（6），支持了我们SPINDOC不影响Spindlin1对高亲和力配体H3“K4me3-K9me3”识别的结论。SPINDOC 选择性衰减Spindlin1对弱结合伴侣的识别作用关于Spindlin1第三个Tudor结构域的功能，李海涛课题组在今年8月份还报道了另一个Spindlin1 第三个Tudor结构域的相互作用蛋白，乙型肝炎病毒（HBV）的调节蛋白HBx。HBx同样通过疏水作用结合在Spindlin1的 第三个Tudor结构域，并促进染色质cccDNA的基因表达。Spindlin1三个串联的Tudor结构域不仅可以通过识别组蛋白修饰影响个体发育过程中基因表达，同时还可以通过影响HBV基因组的转录来维持HBV生命周期。清华大学李海涛教授，得克萨斯大学安德森癌症中心Mark Bedford 教授和清华大学高军涛副研究员为共同通讯作者，李海涛实验室已毕业博士生赵帆，2017级医学实验班邓雅方同学，Bedford实验室杨芬博士和高军涛实验室的严琰同学为本论文的共同第一作者，李海涛实验室的冯帆和彭博同学对本工作有重要贡献。同时，上海同步辐射光源和清华大学X-ray晶体学平台给予了大力协助。本项目得到山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心、清华-北大生命科学联合中心、分子肿瘤学全国重点实验室、北京生物结构前沿研究中心的大力支持。全文链接：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.jmb.2023.168371本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

乙肝病毒（HBV）感染是我国乃至全世界的一个严重的公共卫生问题，是导致肝炎的主要原因之一，长期感染会导致肝纤维化、肝硬化甚至肝癌的发生,目前全球慢性HBV感染者约有2.5亿人。HBV基因组DNA是一个松弛环状的DNA（rcDNA），长度约3.2 kb。一旦感染细胞，rcDNA会进入到细胞核并转化为共价闭合环状DNA（cccDNA），cccDNA是HBV所有病毒基因转录的模板，以微染色体的形式稳定存在且难以清除，是HBV反复复发且难以清除的根本原因[1, 2], 因此研究HBV cccDNA转录调控的分子机制具有重要的科研价值和临床研究意义。2023年8月3日，清华大学医学院/北京生物结构前沿研究中心李海涛课题组、北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院李文辉课题组和清华大学医学院王大亮副教授合作，在Nature communications杂志在线发表了题为Molecular insights into Spindlin1-HBx interplay and its impact on HBV transcription from cccDNA minichromosome（Spindlin1-HBx互作及其影响乙肝病毒闭合环状DNA微染色体转录的分子机理解析）的研究论文，报道了HBV编码的关键调控蛋白HBx如何通过劫持和利用表观因子Spindlin1蛋白来攻克异染色质障碍进而促进HBV cccDNA转录的分子机理 (图1)。图1：Spindlin1-HBx互作调控HBV cccDNA微染色体状态切换与转录的机制示意图该研究通过基于表面等离子共振成像（SPRi）技术的多肽阵列筛选[3]、等温量热滴定（ITC）和结构生物学等方法发现HBx的N端保守序列（第2-21位的氨基酸，HBx2-21）可以与Spindlin1蛋白的第3个Tudor结构域互作，并解析了Spindlin1-HBx2-21复合物的晶体结构。接着，通过结构分析、生化结合以及细胞实验发现，HBx蛋白与Spindlin1第3个Tudor的结合可以与Spindlin1第1和第2个Tudor结构域对组蛋白甲基化修饰的识别很好的共存。有意思的是，体外ITC实验表明与HBx结合后，Spindlin1对组蛋白H3“K4me3-K9me3”二价修饰的识别能力提高了3.5倍，亲和力高达3.8 纳摩尔，是迄今报导的最强组蛋白修饰识别事件。接着，研究者利用李文辉教授课题组发现并建立的HBV感染HepG2-NTCP细胞模型[4, 5]开展了一系列功能实验。研究表明Spindlin1-HBx互作可以促进HBV cccDNA的转录，并且这种促进作用与HBV cccDNA微染色体从H3K9me3标志的异染色质状态向以H3K4me3和乙酰化修饰标志的活跃染色质状态的转变有关。值得一提的是，该研究还发现Spindlin1与HBx的N端保守序列互作会影响HBx蛋白构象的改变，将HBx构象从折叠的不活跃状态转变为伸展的活跃状态，进而促进HBx与其它互作因子如DDB1 [6]和Bcl-2 [7]等的结合来协同调控HBV基因组的活化。该研究揭示了Spindlin1与HBx蛋白互作的结构基础，阐述了Spindlin1-HBx通过调控HBV cccDNA修饰状态及HBx蛋白构象改变进而促进HBV转录的分子机理。李海涛课题组致力于揭示表观调控因子在遗传信息解读，以及癌症、病毒和白血病等人类疾病发生中的作用机理。在此前的报道中，李海涛课题组发现表观调控因子Spindlin1可以通过其第1和第2个Tudor结构域识别多种组蛋白甲基化修饰模式，响应不同的上游甲基化“书写器”（writer）通路，识别不同基因组区段的H3K4me3修饰或修饰组合景观，从表观遗传层面调控重要基因的表达[8, 9]。本研究阐明了Spindlin1蛋白3个Tudor结构域可以协同作用共同促进HBV cccDNA的转录，拓宽了领域内对表观调控因子在HBV生命周期中发挥的特异作用机制的理解，为靶向HBV慢性感染及相关疾病的治疗提供了重要理论基础。原文链接:https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41467-023-40225-w会议推荐1大会信息  会议名称 | 2023第六届单细胞多组学研究与临床应用峰会会议时间 | 2023年9月14-15日会议地点 | 上海虹桥西郊丽笙大酒店大会规模 | 800人主办单位 | 生物谷扫码立即报名

肝癌即起源于肝脏的恶性肿瘤，是全球常见的恶性肿瘤之一，居恶性肿瘤发病顺位的第6位，据GLOBOCAN 2020估算，2020年全球肝癌新发病例数为90.6万例，肝癌预后差，居全球常见恶性肿瘤死因第3位，2020年全球肝癌死亡数为83.0万例[1]。肝癌也是我国常见恶性肿瘤之一，2020年肝癌居我国恶性肿瘤发病顺位第5位，全国2020年新发肝癌病例数为40.0万人，占中国癌症新发病例数9%；2020年肝癌居我国恶性肿瘤死亡顺位第2位，全国2020年死亡肝癌病例数为39.1万人，占中国癌症死亡病例数13%[1]。肝癌根据其病理类型可分为肝细胞癌(HCC)、胆管细胞癌以及混合性肝细胞癌和胆管细胞癌，其中HCC是肝癌最常见的病理类型，占全球所有原发性肝癌的75%～85%，在中国，HCC占所有原发性肝癌的93.0%[2]。肝癌易复发和转移，手术治疗效果欠佳，也缺乏有效的治疗药物，临床上迫切需要开发具有高效低毒的新型药物。因而研究与开发肝癌特异性靶点药物在我国更加具有重要的意义。本文对近两年肝癌药物研发的潜力靶点进行了归纳。DDR1盘状结构域受体1（DDR1）在肝细胞癌组织中表达上调，且在TNM肿瘤分期系统中II-IV期的肝细胞癌组织中的表达高于在TNM肿瘤分期系统中I期的肝细胞癌组织中的表达，且DDR1的高表达与预后不良有关。DDR1靶基因参与了肝细胞癌的转移，DDR1与ARF6相互作用，通过募集PSD4激活ARF6，ARF6的激活及其在肿瘤转移中的作用离不开DDR1的激酶活性。PSD4高表达与肝细胞癌预后不良相关，DDR1通过胶原蛋白诱导的DDR1信号介导的PSD4/ARF6信号促进HCC的转移，提示DDR1和ARF6可能作为新的转移性肝癌预后标志物和治疗靶点[3]。SSH3丝切蛋白磷酸酶3（SSH3）在肝癌组织中的表达显著高于邻近肝组织，在体外细胞系中也存在同样的趋势，表明SSH3在肝癌的发生中起着极其重要的作用。同时发现SSH3在肝细胞癌患者中的过表达与病理分期和肿瘤大小呈正相关。肿瘤细胞可以通过过表达FGF改变自身和细胞外基质，而FGF/FGFR通路的激活与肿瘤细胞的增殖和凋亡密切相关。SSH3可通过FGF/FGFR途径诱导肝肿瘤细胞微环境的改变，从而导致肝癌的进一步恶性进展。SSH3下调后，肝癌细胞中FGF/FGFR通路相关基因FGF1、FGFR1和FGFR2的蛋白表达显著降低。SSH3能够加速肝癌的恶性进展，可能成为肝癌治疗的新靶点[4]。CBX6Zheng等发现染色质结合蛋白6（CBX6）在肝癌细胞系中被介导，多功能分析提示，HCC中CBX6表达升高是一个独立的不良预后因素，CBX6在体内外均可使肝癌细胞显著生长。Wang等研究发现CBX6在HCC组织中的表达显著高于旁组织。CBX6过表达的HCC患者的肿瘤生长速度快、侵袭能力强、临床分期高。进一步研究表明，CBX6通过调控转录因子Snail/ZEB1介导的上皮细胞-间充质转化(EMT)机制增强肝癌细胞的侵袭和转移能力。综上，CBX6在肝癌的发生、发展中起重要作用，可作为HCC的新型预后生物标志物和治疗靶点[5]。SRD5A3公开的数据显示，甾体5α-还原酶3（SRD5A3）在肝癌组织中的表达普遍高于非肝癌肝组织和相应的邻近肝组织。较高的SRD5A3水平预示着肝癌患者总体生存率、无进展生存率、无复发生存率和疾病特异性生存率较差，SRD5A3的缺失抑制了肝癌的生长，提示SRD5A3可能是HCC预后的潜在生物标志物和治疗靶点[7]。MTMR14肌小管蛋白相关蛋白14（MTMR14）在肝癌组织中过表达，并与临床分期呈正相关，MTMR14基因敲除促进了细胞凋亡，抑制了细胞迁移。MTMR14基因敲除也能抑制肝癌的体内转移，抑制MTMR14表达导致N-cadherin和E-cadherin下调，并促进caspase12、caspase9和caspase3的激活，抑制MTMR14是通过线粒体途径而非死亡受体途径诱发细胞凋亡。MTMR14有望成为肝癌诊断和治疗靶点[7]。ID1分化抑制因子1（ID1）蛋白在肝细胞癌中表达上调，并与肝细胞癌患者的肿瘤复发和不良生存密切相关。ID1诱导AURKA上调，增加的AURKA表达随后增强了MYC癌基因的转录水平，导致MYC致癌信号通路的扩增，ID1和AURKA的表达水平呈正相关。ID1和AURKA同时过表达的患者无复发生存率和总生存率较低。进一步的机制研究表明，新的AURKA/Myc下游信号通路介导了ID1诱导的肝癌细胞的生长、迁移、侵袭和耐药，这可能促进对肝癌进展的了解，并为改进晚期肝癌的治疗策略提供新的靶点[8]。LPAR6溶血磷脂酸受体6(LPAR6)是一种G蛋白偶联受体，在细胞形态和毛发生长中发挥重要作用。LPAR6在肝癌患者中的过表达会促进肿瘤的生长，并导致较差的生存。HGF可以特异性地抑制HepG2细胞的增殖，LPAR6是HGF调控的一个关键的肝癌下游基因。研究表明，HGF通过MEK/ERK信号通路抑制HepG2细胞生长，LPAR6受NCOA3的转录调控，HGF可能通过阻断NCOA3和LPAR6的表达来抑制肝癌的增殖。LPAR6基因敲除会导致肝癌细胞系的增殖停滞，并且LPAR6过表达的肝癌患者肿瘤组织显示出更高的增殖活性。这些结果表明，LPAR6是HGF的下游靶点，可能成为潜在的治疗药物靶点[9]。PES1pescadillo核糖体生物发生因子1（PES1）在肝细胞癌中起促进肿瘤的作用，PES1蛋白表达与肝癌患者的临床特征和较短的生存期呈正相关，PES1基因敲除在体外抑制了肝癌细胞的增殖，在体内抑制了肿瘤的生长，PES1可能通过调节PI3K/AKT/GSK3β/CyclinD1信号通路中的关键蛋白来调控肝癌的增殖和肿瘤发生。PES1在调节肝细胞癌的增殖和肿瘤发生中具有新的作用，因此可能成为治疗肝癌的潜在靶点[10]。UCK2尿苷-胞苷激酶2（UCK2）是能将尿苷和胞苷磷酸化成一磷酸尿苷（UMP）和一磷酸胞苷（CMP）的嘧啶核苷激酶，是嘧啶核苷酸补救合成途径中的限速酶。最近的研究表明，UCK2在肝细胞癌组织中过表达并且与肝细胞癌的预后不良有关，UCK2促进了肝癌细胞的增殖和转移。UCK2与EGFR相互作用，阻断EGF诱导的EGFR泛素化和降解，从而导致肝癌细胞中EGFR-AKT通路的激活和转移的增强，提示UCK2可能成为治疗肝癌的潜在靶点[11]。TCP1肝癌组织中TCP1表达量显著高于正常肝组织，患者总体生存率显著低于正常组，这说明肝癌中TCP1表达量与预后不良存在一定相关性，TCP1能够与P53相互作用抑制P53的活性从而激活Wnt7b/β-catein信号通路促进肝癌细胞的增殖和迁移，这提示TCP1在肿瘤增殖转移中发挥重要作用，可能是肝癌潜在的治疗靶点[7]。NUPR1与邻近正常组织相比，核蛋白1（NUPR1）在肝细胞癌组织中显著过表达，NUPR1通过直接与相应的启动子区域结合诱导血小板衍生生长因子A（PDGFA）的转录，诱导内皮细胞血管生成，抑制PDGFA信号通路则可以破坏人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的血管生成。NUPR1可能是肝癌潜在的治疗靶点[7]。CCT3含TCP1亚基3的伴侣蛋白（CCT3）与Yes相关蛋白（YAP）和转录因子CP2相互作用，CCT3在肝癌中高表达，与总生存率较差相关，抑制CCT3可抑制肝癌细胞的转化，CCT3可能是肝癌潜在的治疗靶点和生物标志物[7]。SPIN1肝细胞癌组织中SPIN1表达阳性，在临床肝细胞癌组织中高表达，且与肝细胞癌的恶性程度呈正相关。SPIN1可以通过增加肝癌细胞内甘油三酯、胆固醇和脂滴来调节异常的脂代谢，从而显著促进肝癌细胞的增殖。机制上，SPIN1上调肝癌细胞中FASN的表达。SPIN1通过与SREBP1c相互作用共同激活FASN启动子中的转录因子SREBP1c。此外，SPIN1在体内外均能促进肝癌的生长，并能增加小鼠肿瘤组织中甘油三酯、胆固醇和脂滴的水平。SPIN1通过SREBP1c触发的FASN信号调节异常的脂代谢，促进肝癌的生长。在治疗方面，SPIN1可能成为肝癌治疗的新靶点[13]。TMOD3原肌球调节蛋白3（TMOD3）在肝癌细胞和组织中的表达升高。在体外实验中，TMOD3基因的敲除抑制了肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移，而TMOD3的异位表达促进了肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移，TMOD3过表达激活了MAPK/ERK信号通路，并增加了该通路的其他靶点，包括MMP2和MMP9的水平，TMOD3可能通过MAPK/ERK信号通路促进肝癌细胞的生长、侵袭和迁移，可能成为肝癌治疗的新靶点[7]。总结寻找重大疾病的间接或直接治疗靶点，是研发创新药物的根本，近年来，随着对HCC 病理学及分子生物学机制的研究不断深入，小分子靶向抗 HCC 的药物研究取得了实质性的进展，为HCC 全身性治疗的提供了一种有效选择。参考资料及文献[1]CANCER TODAY官网：https://gco.iarc.fr/today/home[2]赫捷, 陈万青, 沈洪兵, 等. 中国人群肝癌筛查指南(2022, 北京)[J]. 临床肝胆病杂志, 2022, 38(8): 1739-1758.[3]Zhang X, Hu Y, Pan Y, et al. DDR1 promotes hepatocellular carcinoma metastasis through recruiting PSD4 to ARF6[J]. Oncogene, 2022, 41(12): 1821-1834.[4]Shi Q S, Zhang Y H, Long J, et al. SSH3 promotes malignant progression of HCC by activating FGF1-mediated FGF/FGFR pathway[J]. European Review for Medical and Pharmacological Sciences, 2020, 24(22): 11561-11568.[5]Wang J, He H, Jiang Q, et al. CBX6 promotes HCC metastasis via transcription factors snail/zeb1-mediated EMT mechanism[J]. OncoTargets and therapy, 2020, 13: 12489.[6]牛荣婷,曾冬云,王静,龙勤琴,吴小勤,龙喜带.(2022).CBX家族蛋白在肝细胞癌中的研究进展.临床与实验病理学杂志(09),1094-1097.[7]江振洲,范书生,刘家岐,俞沁玮,张陆勇.中国药物作用靶点研究新进展（Ⅰ）[J].药学进展,2022,46(06):471-494.[8]Wu M, Zhou Y, Fei C, et al. ID1 overexpression promotes HCC progression by amplifying the AURKA/Myc signaling pathway[J]. International Journal of Oncology, 2020, 57(3): 845-857.[9]Zheng X, Jia Y, Qiu L, et al. A potential target for liver cancer management, lysophosphatidic acid receptor 6 (LPAR6), is transcriptionally up-regulated by the NCOA3 coactivator[J]. Journal of Biological Chemistry, 2020, 295(6): 1474-1488.[10]Wang J, Sun J, Zhang N, et al. PES1 enhances proliferation and tumorigenesis in hepatocellular carcinoma via the PI3K/AKT pathway[J]. Life Sciences, 2019, 219: 182-189.[11]Cai J, Sun X, Guo H, et al. Non-metabolic role of UCK2 links EGFR-AKT pathway activation to metastasis enhancement in hepatocellular carcinoma[J]. Oncogenesis, 2020, 9(12): 1-14.[12]Liu Y, Zhang X, Lin J, et al. CCT3 acts upstream of YAP and TFCP2 as a potential target and tumour biomarker in liver cancer[J]. Cell death & disease, 2019, 10(9): 1-15.[13]Zhao M, Bu Y, Feng J, et al. SPIN1 triggers abnormal lipid metabolism and enhances tumor growth in liver cancer[J]. Cancer Letters, 2020, 470: 54-63. —END—联系我们，体验药融云更多专业服务会议合作园区服务数据库咨询定制服务媒体合作数据库咨询 | 琳琳 18983288589（微信同号）会议合作 | 赖老师 13550291524（微信同号）园区合作 | 周老师 18725665133（微信同号）定制服务 | 陈老师 18908392210（微信同号）媒体合作 | 小薇  18908208341（微信同号）咨询定制 | 张煜15320494102（微信同号）咨询合作 | 袁弋18983687563（微信同号）点击阅读原文，申请药融云企业版免费试用！