王陈继组合作揭示前列腺癌异常基因组DNA甲基化新机制
DNA甲基化是表观遗传的重要形式，显著影响着染色质的开放程度和基因的表达水平。甲基化主要发生在核苷酸胞嘧啶第五位的碳原子上（5-methyl Cytosine，5mC），这种修饰在原核生物到真核生物中都广泛存在。在哺乳动物细胞中，DNA甲基化对于生长发育是必须的，并且在基因组印记、X染色体沉默、转座子抑制、衰老和肿瘤发生中产生重要作用。肿瘤细胞往往表现出异常的DNA甲基化状态。异常的DNA甲基化课介导抑癌基因（tumor suppressor gene）的沉默，从而使肿瘤对药物产生耐受。原发前列腺癌可根据其关键癌基因及抑癌基因的突变分为7个分子亚型，各亚型间表现出不同的甲基化水平。其中占大约11%的SPOP基因突变亚型前列腺癌表现出异常的高甲基化水平，但其内在的调控机制不清，这对该亚型前列腺癌的治疗造成了更多的不确定性。
来自复旦大学王陈继副研究员团队和美国梅奥诊所（Mayo Clinic）黄浩杰教授团队合作揭示了CRL3-SPOP泛素E3连接酶复合体降解组蛋白甲基化酶GLP进而调控基因组DNA甲基化，下调抑癌基因表达的分子机制。2021年9月30日Nature Communications杂志在线发表了题为“SPOP mutation induces DNA methylation via stabilizing GLP/G9a”的最新研究成果。
SPOP基因编码的蛋白是CUL3-RING-RBX1 E3泛素连接酶复合物中的底物识别蛋白。 SPOP基因在前列腺癌中出现高频突变，并且其突变的位置大多发生在其编码蛋白的底物识别结构域（MATH domain）内，这导致突变的SPOP 往往不能结合其正常的底物，导致后者泛素化失调。目前已经鉴定到的SPOP底物包括AR、BRD4、 53BP1和SRC3等，这些蛋白异常累计在前列腺癌的发生发展过程中起到重要作用。然而SPOP突变和DNA甲基化之间的关系还有待进一步研究。
在这项研究中，作者发现SPOP 通过泛素化降解常染色质组蛋白甲基转移酶GLP从而抑制GLP/G9a复合物对DNA甲基转移酶DNMT1的招募。在SPOP突变的情况下，GLP的泛素化降解减弱，过多的GLP使得GLP/G9a复合体保持稳定状态，促进DNMT1的招募和DNA甲基化的形成。全基因组甲基化分析显示在SPOP突变的细胞中，多个肿瘤抑制基因（TSG）受到DNA甲基化的作用而沉默表达。DNA甲基化抑制剂5-Aza则可以很好地恢复这些TSG的表达。与此同时，作者发现SPOP突变的前列腺癌细胞对于甲基化抑制剂更加敏感，表明SPOP突变使细胞更加依赖DNA甲基化导致的生长优势。因此在SPOP突变的前列腺癌细胞中用甲基化抑制剂5-Aza可以有效的抑制肿瘤的生，并且5-Aza与多烯紫杉醇（DTX）联合用药可以更有效地抑制SPOP突变的前列腺癌细胞。该研究揭示了SPOP突变型前列腺癌高甲基化表观遗传特征的分子机制，并为该亚型前列腺癌的靶向治疗提供了新的思路。
SPOP调控GLP进而调节基因组DNA甲基化的机制模型图
复旦大学生命科学学院张嘉农博士、同济大学附属第一妇婴保健院高昆研究员、美国梅奥诊所博士后谢红燕博士、助理教授王德解博士以及复旦大学病理系章平肇副研究员为该论文的共同第一作者。复旦大学生命科学学院王陈继副研究员和美国梅奥诊所黄浩杰教授和为该论文的共同通讯作者。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25951-3