EZH2抑制剂治疗癌症耐药性的分子机制|ezh|亚基|复合物|细胞|耐药性

撰文 | Enigma

染色质重塑复合物SWI/SNF是调节真核细胞基因表达的一种重要而复杂的多亚基蛋白复合物，广泛参与信号转导、细胞周期及分化等各种生物过程。而polycomb抑制复合物通过表观基因抑制控制着器官的发育。之前的研究发现，破坏SWI/SNF和polycomb之间的拮抗作用会导致多种类型癌症发生。近期，Tazemetostat作为全球首个EZH2抑制剂获得了FDA的批准重磅上市，用于治疗携带SWI/SNF亚基SMAR突变的肉瘤，随后将用于治疗携带EZH2激活突变的淋巴瘤。然而伴随着大量癌症治疗的研究进展显示，EZH2抑制剂也不可避免的出现了与其它任何单一疗法一样的耐药性。

2022年5月9日，美国圣犹大儿童研究医院的Charles W.M. Roberts课题组在Molecular Cell发表了题为NSD1 mediates antagonism between SWI/SNF and polycomb complexes and is required for transcriptional activation upon EZH2 inhibition的研究论文，他们利用CRISPR对SMARCB1突变的横纹肌肿瘤细胞进行了筛选，并以此来鉴定对SWI/SNF-polycomb拮抗和潜在耐药性机制的基因贡献者。他们发现H3K36甲基转移酶NSD1的缺失引发了对EZH2抑制剂的抗性。研究表明NSD1通过与SWI/SNF合作拮抗polycomb，并且在SWI/SNF缺陷的癌症中会同时伴随着NSD1的失活，进一步证实两者在体内的相关性。此外，通过在缺失NSD1和SWI/SNF缺陷的细胞中，抑制H3K36me2去甲基化酶KDM2A，可以恢复EZH2的抑制效应。证明了H3K36me2本身在polycomb靶基因的激活中具有重要作用。本研究的数据扩展了SWI/SNF和polycomb相互作用的机制，并确定了NSD1在协调转录控制中的关键作用。

染色质景观的调控在分化程序的执行和发育中细胞进程的控制中起着关键作用。而编码染色质调节蛋白基因的突变往往会导致癌症和发育障碍。EZH2是polycomb repressive complex 2 (PRC2) 的一个酶亚基，它通过催化组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化 (H3K27me1/me2/me3) 促进转录沉默，并进一步调控分化。EZH2活性的异常增高与多种癌症的发生有关。在非霍奇金淋巴瘤 (NHL)、弥漫大B细胞淋巴瘤 (DLBCL)、滤泡性淋巴瘤 (FL) 和皮肤黑色素瘤中，EZH2第646位酪氨酸 (Y646) 的周期性热点突变会导致EZH2酶活性的功能获得性增强。此外，由于SWI/SNF拮抗了polycomb的功能，SWI/SNF亚基基因发生的功能缺失突变也会导致EZH2的过度活化。

横纹肌样肿瘤(RT) 是一种发生于儿童早期具有高度侵袭性的癌症，它为SWI/SNF功能以及SWI/SNF与polycomb之间的拮抗作用研究提供了素材。这个恶性肿瘤是发现的第一个由SWI/ SNF编码的基因SMARCB1突变驱动的癌症,这个基因在几乎所有RT中都是失活的。随后研究发现，SWI/SNF突变在癌症中非常普遍，存在于20%以上的恶性肿瘤中。SWI/SNF主要是通过ATP水解并重塑染色质结构，产生无核小体区域，在一定程度上促进转录因子的结合。SMARCB1促进SWI/SNF复合物的招募到增强子上，通过取代核小体，排除EZH2，从而减少H3K27me3并激活p300，导致H3K27的乙酰化，从而实现转录激活。SWI/SNF突变驱动癌症的部分原因是polycomb的对抗性受损，导致分化所需的转录程序沉默。EZH2基因缺失能够优先杀死SWI/ snf突变型癌症的研究，有助于使用EZH2抑制剂治疗SWI/ SNF突变型癌症。

在本研究中，作者首先通过使用两个SMARCB1缺陷的RT细胞株G401和G402，在EZH2抑制剂GSK126存在的情况下，进行了近全基因组CRISPR-Cas9耐药性筛选，发现NSD1在两种细胞中都是富集最高的靶点。然后，通过基于CRISPR的竞争适应度分析证实了NSD1失活对抑制EZH2抑制的抗性。进一步研究表明在SWI/ SNF突变细胞中，NSD1的缺失提供了对抑制EZH2的耐性，但不支持的一般耐药性。接下来的生化实验和基因组分析发现NSD1的缺失导致H3K36me2的缺失和H3K27me3结构域的扩展，EZH2抑制对H3K27me3的擦除在很大程度上不依赖于NSD1，并且EZH2抑制引起的H3K27ac增益部分依赖于NSD1。随后，作者通过RNA测序分析等发现抑制EZH2后的转录去抑制依赖于NSD1，并且NSD1能够与SWI/SNF协同作用激活转录并诱导分化。进一步生化实验结果表明NSD1在物理上与SWI/SNF和PRC1/2复合物相互作用。最后，作者证实了在多种癌症中，同时伴随着NSD1的失活和SWI/SNF的突变。此外，在NSD1缺失的细胞中干扰KDM2A能够恢复对抑制EZH2的敏感性。

总的来说，本研究扩展了我们对NSD1介导SWI/SNF和polycomb拮抗作用机制的认识，揭示了抑制EZH2抗性的机理，有望辅助解决EZH2抑制剂在癌症治疗中产生的耐药性。