今天閱讀一篇關于原癌組蛋白的一篇綜述亿笤，通訊作者是哥本哈根大學的Kristian Helin教授楣颠，也是一位表觀遺傳學界的大佬，發(fā)表過很多有關H3K27M腫瘤的一些研究它褪。
本文涉及的一些科學問題
- 為什么原癌組蛋白主要限于特定的癌種鬼癣，尤其是兒童腫瘤（DIPG）让腹？
- 為什么組蛋白的突變局限于特定的基因中（H3F3A）？
- 組蛋白突變驅(qū)動的腫瘤最初的細胞類型（OPC）扣溺？
- 除了目前揭示的幾種突變之外骇窍，是否還有其他的突變導致了原癌組蛋白的出現(xiàn)？
- 原癌組蛋白是怎樣影響整體的染色體構(gòu)象锥余，并最終導致腫瘤的發(fā)展腹纳？
關于組蛋白
- 組蛋白可以分為一些經(jīng)典類型和變體，已經(jīng)典型為主驱犹，主要在S期合成嘲恍，并且與DNA的復制過程相互偶聯(lián)；變體的合成沒有細胞周期的限制雄驹；
- 組蛋白攜帶了大量的翻譯后修飾佃牛，并被很多特定的生物酶進行維持和去除，這一過程的異常會導致腫瘤發(fā)展和發(fā)育異常医舆；
- 原癌組蛋白的定義：在特定的氨基酸位點出現(xiàn)錯義突變的組蛋白俘侠；
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從H3突變引發(fā)的腫瘤往往發(fā)生在特定的部位，可以推測這種突變一定發(fā)生在特定的腫瘤發(fā)生細胞中蔬将；
Figure 1.png
組蛋白H3和它的變體
- H3.1和H3.2是H3的兩種主要形式爷速，此外還有包括H3.3在內(nèi)的其他的變體；
- H3.1和H3.2在細胞周期中與CAF1結(jié)合霞怀，進行周期性的合成惫东；而H3.3則與DAXX-ATRX/HIRA這兩個分子伴侶進行結(jié)合；
- H3K27M突變和H3G34R/V首先在兒童高級別腦膠質(zhì)瘤中被發(fā)現(xiàn)毙石，隨后H3K36M和G34W/L也在軟骨肉瘤和骨巨細胞瘤中被發(fā)現(xiàn)廉沮，這兩個疾病均以兒童為高發(fā)颓遏；
- K27M和G34V各自具有顯著的疾病特征，并且在發(fā)生上互斥滞时；
- K27M主要發(fā)生在組蛋白H3.3亞型中叁幢，在H3.1和H3.2的發(fā)生頻率較低，具體機制仍然不清楚漂洋；
- H3.1K27M突變的膠質(zhì)瘤好發(fā)于年輕患者的腦橋位置，并且比H3.3K27M的患者預后更好力喷；
- 此外兩者在基因表達譜上也存在差異刽漂，H3.1K27M腫瘤表達譜更為接近間質(zhì)型和星狀細胞瘤；但是H3.3K27M的腫瘤則更為接近前神經(jīng)元型和少突細胞瘤弟孟；
- DNA層面贝咙，兩者共突變的基因也不同，H3.1K27M與ACVR1和BCOR共突變拂募；H3.3K27M膠質(zhì)瘤易與PDGFRA庭猩，TOP3A，和TP53共突變陈症；
兒童高級別腦膠質(zhì)瘤中的H3K27M突變
- PRC2催化H3K27的甲基化蔼水，它同時擁有促癌和抑癌的效應；
- 在小鼠和人的細胞系中外源表達H3.3K27M和H3.1K27M都能夠?qū)е抡w的H3K27me3水平下降录肯，而一旦突變?yōu)镵27I趴腋，這種效應就變得不如K27M明顯；其他的突變則完全不存在H3K27me3 loss的效應论咏；
- H3K27M細胞中仍然存在H3K27me3的位點优炬，H3K27me3的信號密度甚至比原先的野生型更高；
- Funato等在2014年通過在ESC誘導的NSCs中外源表達H3.3K27M和PDGFRA厅贪，并同時敲低P53蠢护，能夠誘導NSCs進入更為原始的狀態(tài)；與H3WT過表達的NSCs相比养涮，H3K27M外源表達的組葵硕，其H3K27me3分布的差異更為顯著；
- 起始H3K27me3/PRC2水平較低的贯吓，H3K27me3被完全削弱贬芥；起始水平較高的，其H3K27me3往往沒有變化宣决；那些反向升高的蘸劈，與起始的狀態(tài)并沒有特別顯著的相關性；
- H3K27M膠質(zhì)瘤通常伴隨著CDKN2A的高甲基化修飾尊沸，抑制抑癌基因p16的表達水平威沫，但是p16抑制如何導致腫瘤生成仍然未明確贤惯；
- H3K27me3的缺失是腫瘤生成的因還是果，這一關鍵問題棒掠，尚未得到明確孵构；
- H3K27M突變只有在特定發(fā)育階段才能導致腫瘤的發(fā)生；
- 盡管主流觀點認為烟很，H3K27M通過與PRC2進行結(jié)合颈墅，抑制其活性，但是采用單獨突變的肽段抑制PRC2的功能卻未能引起類似的效應雾袱；
Figure 3.png
軟骨肉瘤中的H3K36M突變
- 軟骨肉瘤中H3K36M突變頻率能夠達到95%恤筛，并且突變也會導致H3K36位點甲基化水平的改變；
- H3K36位點的甲基化也是由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶HMT催化的：NSD1芹橡，NSD2毒坛，NSD3以及ASH1是催化H3K36單甲基化和雙甲基化的主要酶，但是SETD2是已知的唯一能夠催化H3K26me2向H3K26me3轉(zhuǎn)變的酶林说。并且H3K36me2和H3K36me3在有轉(zhuǎn)錄活性的位點有一定的富集煎殷；
- 除了對基因轉(zhuǎn)錄翻譯的調(diào)控，有研究還提示腿箩，H3K36me2和H3K36me3與DNA修復豪直，劑量補償，剪接珠移，等方面具有非常重要的作用顶伞。
- H3K36M突變會導致H3K36me2/3的缺失，K36M的肽段能夠抑制NSD2和SETD2的功能剑梳；
- 全基因組水平的研究發(fā)現(xiàn)唆貌，H3K36M會導致整體H3K36me2水平的下降，并且伴隨著轉(zhuǎn)錄水平的下調(diào)垢乙；
- H3的分布被發(fā)現(xiàn)沒有隨著K36M的突變發(fā)生改變锨咙，提示H3K36M并不影響H3的分布；
- 有趣的是追逮，不同組蛋白突變產(chǎn)生的效應還會發(fā)生交聯(lián)酪刀，例如：H3K36M的表達會導致H3K27me3水平的上調(diào)
- 隨著H3K36M與SETD2晶體結(jié)構(gòu)的解析，發(fā)現(xiàn)H3K36M對SETD2是類似與H3K27M與PRC2的結(jié)合的钮孵。
兒童高級別腦膠質(zhì)瘤和骨巨細胞瘤H3G34
- H3G34R/V的腫瘤在病理學上與H3K27M具有顯著的差異骂倘；并且在臨床特征以及預后情況上都有顯著的不同；
- 與H3K27M不同巴席，H3G34的突變并不能帶來表觀遺傳學上的顯著改變历涝；
- 由于H3G34R/V在位置上與H3K36較為接近，因此H3G34的改變也會影響到H3G36me2/3的改變；
- 與H3K36M類似荧库，H3G34突變的肽段同樣能夠插入到SETD2的核心結(jié)構(gòu)域中堰塌，從而對SET的功能進行抑制；
- H3G34R只需要突變密碼子上的一個核苷酸分衫，而H3G34V則需要突變兩次场刑，這也解釋為什么在兒童HGG中H3G34R的頻率相對H3G34V更高；
- 除了與SETD2結(jié)合蚪战，H3G34R還能夠破壞ZMYND11與H3.3K36me3的結(jié)合牵现。
- H3.3G34R的表達能夠增加MYCN的表達水平，并且有顯著的基因不穩(wěn)定事件邀桑；
對于原癌組蛋白表達的腫瘤進行表觀組靶向治療
- 為了對H3K27M導致H3K27me3水平下降的效應進行逆轉(zhuǎn)瞎疼，抑制H3K27me3的去甲基化酶的藥物已經(jīng)在兒童HGG中進行應用；相關靶點有JMJD3概漱，UTX丑慎，通過GSK-J4進行抑制喜喂。有趣的是瓤摧，GSK-J4僅對H3K27M突變的腫瘤有作用，而對G34改變的膠質(zhì)瘤效果不大玉吁；相關機制仍然不太明晰照弥；
- 另一種方式是沒有選擇性的組蛋白去乙酰化酶的抑制劑HDAC进副，隨著H3組蛋白乙跽獯В化水平的上升，其H3K27me3的水平也有顯著的上調(diào)影斑；這種效應是與直覺相悖的给赞，因為一般來說，H3K27M突變的腫瘤中矫户，組蛋白乙跗福化水平是上調(diào)的。但是組蛋白去乙踅粤桑化酶抑制劑的作用靶點非常廣泛柑蛇，也為其臨床的應用前景蒙上陰影。
- H3K27乙跚疲化水平的上調(diào)也導致其與BRD蛋白結(jié)合增強耻台，通過抑制BRD蛋白的功能，也被發(fā)現(xiàn)能夠抑制H3K27M腫瘤細胞的增殖活性空另；
- 盡管H3K27M腫瘤中PRC2的活性被抑制盆耽，但其殘余活性仍然對細胞的存活十分關鍵。因此，抑制EZH2能夠顯著地抑制DIPG細胞的活力征字。研究發(fā)現(xiàn)一旦刪除p16的表達都弹，DIPG對EZH2抑制劑的敏感性就大大下降，提示EZH2的作用可能是通過抑制p16發(fā)揮的匙姜。由于p16與RB蛋白的結(jié)合被抑制畅厢，下游的CDK表達活躍，進而導致細胞周期的異常氮昧。因此框杜，相應地抑制CDK4/6的功能，也對DIPGs的增殖活性具有抑制作用袖肥。
總結(jié)
- 近十年來咪辱，有關組蛋白突變對于表觀遺傳學的研究被大量報道，也增加了我們對于原癌組蛋白的認識和理解
- 需要注意到椎组，在H3K27M突變的腫瘤中油狂，仍然具有殘余的PRC2的活性，因此K27M對PRC2的抑制并不是絕對的寸癌；如果進一步抑制PRC2的功能专筷，對于DIPG細胞反而是致死性的；
- K4/K9的突變在細胞系水平也被證明能夠顯著地影響基因組的甲基化水平蒸苇，但是在真實病人中并沒有發(fā)現(xiàn)磷蛹，其具體的機制仍然值得進一步探究。
