甲基轉(zhuǎn)移酶 SETD2 抑制前列腺癌轉(zhuǎn)移機(jī)制
EZH2：負(fù)責(zé) H3K27me3 修飾的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。H3K27me3 的修飾使基因沉默，使細(xì)胞獲得侵襲性特征。
SETD2：催化 H3K36me3 的主要甲基轉(zhuǎn)移酶。SETD2 通過組蛋白 H3K36 的甲基化來調(diào)節(jié)基因組不穩(wěn)定性、RNA 加工和基因內(nèi)轉(zhuǎn)錄起始。
SETD2 在限制前列腺癌發(fā)展中發(fā)揮重要作用
為了探索 SETD2 在前列腺癌 (Prostate cancer, PCa) 的潛在重要性，H3K36me3/SETD2 和 H3K27me3/EZH2 的抑癌基因 Pten 缺失小鼠或同時(shí)缺失抑癌基因 Trp53 小鼠對比 (Pten-/- vs Pten-/-;Trp53-/-) ，H3K27me3 和 EZH2 水平與小鼠腫瘤進(jìn)展呈正相關(guān)，且同時(shí)缺失的表達(dá)量更高。重要的是，H3K36me3/SETD2 和 H3K27me3/EZH2 在小鼠前列腺組織中是互斥的。進(jìn)一步地，通過 qRT-PCR 檢查前列腺腫瘤中 SETD2 表達(dá)，公共數(shù)據(jù)集分析 SETD2 表達(dá)與疾病復(fù)發(fā)關(guān)聯(lián)性，以及類器官 SETD2 沉默與過表達(dá)實(shí)驗(yàn)，綜合表明 SETD2 在限制 PCa 進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。
圖 3. SETD2 在限制 PCa 的發(fā)展中發(fā)揮重要作用
另外，前列腺上皮 SETD2 缺失的小鼠病變情況觀察結(jié)果表明，僅 Setd2 基因丟失不足以驅(qū)動 PCa。對比 Pten+/- 與 Pten+/- ;Setd2-/- 中前列腺腫瘤發(fā)展情況，結(jié)果表明：Pten 基因缺失時(shí)， SETD2 的失活促進(jìn)前列腺癌轉(zhuǎn)移。
SETD2 缺失誘導(dǎo)的 PCa 轉(zhuǎn)移依賴 EZH2 活性的增加
Pten+/- 和 Pten+/-;Setd2-/- 類器官轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，與 EZH2 和 H3K27me3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的特征顯著豐富，通過 qRT-PCR、組織學(xué)和 ChIP-seq 等實(shí)驗(yàn)分析 SETD2 缺失與 EZH2 蛋白和 H3K27m3 水平的關(guān)聯(lián)性，綜合表明 SETD2 缺失導(dǎo)致 EZH2 表達(dá)上調(diào)，H3K27me3 水平的升高，誘導(dǎo)了多梳抑制染色質(zhì)狀態(tài)。
圖 4. SETD2 缺失通過 EZH2 上調(diào)加劇了 PCa 進(jìn)程
臨床 PCa 樣本的 SETD2 與 EZH2 的表達(dá)量對比分析顯示：SETD2 與 EZH2 的表達(dá)呈反比關(guān)系。
為了確定 Setd2 基因丟失是否通過 EZH2 上調(diào)促進(jìn)了前列腺癌的發(fā)生，通過 Setd2 敲除/不敲除的 Pten+/- 類器官中敲降 EZH2 或 EED/EZH2 抑制劑處理，以及 Pten+/-;Setd2-/- 小鼠中 Ezh2 缺失的腫瘤進(jìn)展的觀察 (MRI 和組織學(xué)分析) 和 SETD2 調(diào)控的基因表達(dá)分析，結(jié)果表明：Setd2 基因的丟失以 EZH2 依賴性的方式加速了前列腺腫瘤的發(fā)生。
SETD2 介導(dǎo)的 K735me1 促進(jìn) EZH2 降解
體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SETD2 在 K735 殘基處 (EZH2 K735 位點(diǎn)) 直接甲基化 EZH2。然而，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，K735、K510、K514 和 K515 的甲基化可能受獨(dú)立機(jī)制調(diào)控。Smurf2 是靶向 EZH2 降解的 E3 連接酶，能有效調(diào)節(jié) EZH2 的穩(wěn)定性。K735me1導(dǎo)致 EZH2 破壞的機(jī)制是：SETD2 誘導(dǎo)的 K735me1 促進(jìn)了 Smurf2 E3 連接酶對 EZH2 降解的識別。
EZH2-K735me1 對 PCa 進(jìn)展很重要
在帶有純合 K735R 敲入突變體 (Ezh2K735R) 小鼠中，通過組織 IHC、Setd2 敲降器官中指定蛋白質(zhì) IB 分析等表明，EZH2-K735me1 的缺失會增強(qiáng) PCa 細(xì)胞進(jìn)化為轉(zhuǎn)移性 PCa 的能力。重要的是，SETD2 的敲降/過表達(dá)對來源 Pten-/-;Ezh2K735R 小鼠器官的生長都沒有影響。此外，源于 2 個(gè)月大的 Pten-/- 與 Pten-/-;Ezh2K735R 小鼠器官轉(zhuǎn)錄組對比，與 H3K27me3 信號相關(guān)的 signature 顯著富集，且在 Pten-/-;Ezh2K735R 細(xì)胞中，大約 60％ 的 EZH2 依賴性 SETD2 的 signature 下調(diào)。總的來說，SETD2 的抑癌功能在很大程度上取決于它對 EZH2 的甲基化。
圖 5. 甲基化缺陷 Ezh2 促進(jìn)小鼠 PCa 轉(zhuǎn)移
SETD2-R1523H 突變通過 EZH2 增強(qiáng)腫瘤發(fā)生
通過 cBioPortal 數(shù)據(jù)庫 SETD2 復(fù)發(fā)突變分析，SETD2 在腫瘤中存在 R1523H 熱點(diǎn)突變位點(diǎn)。結(jié)合已有報(bào)道，研究人員推測 R1523 殘基在與 EZH2 相互作用中起作用。研究發(fā)現(xiàn)，R1523H 突變以不改變 H3K36me3 修飾的方式促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、SETD2-EZH2 docking 結(jié)構(gòu)分析和點(diǎn)突變，證實(shí)了 SETD2-R1523 是識別 EZH2 的決定性氨基酸。
在腫瘤模型中，過表達(dá) SETD2-F2 的細(xì)胞顯示出比 WT 細(xì)胞低得多的致瘤效力。與此相反，SETD2-F2-R1523H 和 SETD2-F2-R1625G 均未抑制腫瘤進(jìn)展。利用 CRISPR/Cas9 技術(shù)產(chǎn)生 SETD2-R1497H 突變的小鼠 Pten 缺陷型類器官細(xì)胞，類器官生長加速，EZH2 升高，EZH2 靶標(biāo)降低。重要的是，EZH2 的損耗緩解了類器官的生長。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
AMPK-FOXO3 軸刺激 SETD2 水平
利用 AMPK 激活劑 A-769662 (AICAR) 或 2-DG (AICAR, 2-DG 購自 MedChemExpress) 處理 PCa 細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn) SETD2 表達(dá)受 AMPK 的正向調(diào)控。
FOXO3 結(jié)合位點(diǎn)的突變減弱了 SETD2 啟動子的活性，AMPK 信號在 FOXO3 會聚以刺激 SETD2 表達(dá)，與局灶性腫瘤相比，轉(zhuǎn)移性 PCa 中的 SETD2、K735me1、p-AMPK 和 p-FOXO3 水平顯著降低。因此，AMPK 以 FOXO3 依賴性方式調(diào)節(jié) SETD2 表達(dá)。
圖 6. AMPK-FOXO3 軸介導(dǎo)的 SETD2 表達(dá)調(diào)節(jié) EZH2-K735me1
AMPK 激動劑二甲雙胍 (Metformin 購自 MedChemExpress) 處理前列腺癌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，AMPK 介導(dǎo)的 EZH2 磷酸化和 SETD2 的表達(dá)影響 EZH2 活性/水平。在體內(nèi)，二甲雙胍的處理減少了 Pten 缺失細(xì)胞引起的腫瘤生長。總的來說，SETD2-EZH2 軸整合了代謝能感應(yīng)和腫瘤發(fā)生。
| 相關(guān)產(chǎn)品 | 作用 |
| Metformin | AMPK 激動劑。抑制肝臟中的線粒體呼吸鏈，導(dǎo)致 AMPK 活化 |
| AICAR | 腺苷類似物，AMPK 激活劑 |
| 2-Deoxy-D-glucose 2-DG |
葡萄糖類似物，為葡萄糖代謝抑制劑。能激活 AMPK |
| 表觀遺傳化合物庫 | 收錄了 600+ 個(gè)表觀遺傳相關(guān)的產(chǎn)品，可以用于表觀遺傳學(xué)及相關(guān)疾病研究 |
| 組蛋白修飾化合物庫 | 收錄了 300+ 種生物活性化合物，主要靶向表觀遺傳識別蛋白結(jié)構(gòu)域、HDAC、組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶、組蛋白去甲基化酶、組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶、Sirtuin 等，是組蛋白修飾研究和藥物篩選的有效工具 |
