抑制BAF复合物导致DNA可达性迅速丧失
当人类细胞由于各种各样的外部影响而不得不适应时，BAF复合体起着核心作用，因为它控制着DNA的可及性，从而控制着存储在DNA中的信息。在五分之一的人类癌症中，在BAF复合基因之一中发现了突变。奥地利科学院CeMM分子医学研究中心首席研究员Stefan Kubicek研究小组的科学家们使用新技术对该复合物进行了更详细的研究，并能够展示BAF复合物基因的变化如何快速地影响DNA的可及性。这项研究现在已经发表在自然遗传学。
染色质是细胞核的核心组成部分，是指组成染色体的物质。它将大约两米长的人类DNA组织在某种程度上基因根据单元格类型激活或灭活。染色质最小的“包装单位”是核小体，由包裹在组蛋白八聚体周围的146个DNA碱基对组成。每当细胞需要适应时，例如由于环境影响或发育信号，染色质的相应变化是必要的。这些是由各种酶进行的，包括染色质重塑复合物，它利用三磷酸腺苷(ATP)的能量沿着DNA移动核小体或完全去除它们。一个重要的染色质重塑复合体是BAF复合体。它由多达14个亚基组成，由29个基因编码，以不同的组合相互作用。先前的研究已经在许多癌症中发现了BAF复合物的某些亚单位的突变。在他们最近发表的研究中，CeMM首席研究员Stefan Kubicek和他的研究小组调查了BAF复合物变化对DNA可及性的直接影响。
比细胞周期还快
为了观察染色质重塑复合物的功能，通常采用遗传学方法，可以使这些蛋白质在3-5天内失活。然而，由于这些技术的缓慢，它们很难适合于确定BAF复合物的变化对DNA可及性的直接影响。因此，库比切克研究小组的科学家桑德拉·希克、莎拉·格罗切和卡塔琳娜·伊娃·科尔依赖于一种所谓的degron系统。“在这里，我们也使用了CRISPR基因组编辑。但我们没有破坏BAF亚基，而是将其与一种叫做“dTag”的小蛋白质融合。通过添加特定的活性物质，我们可以将“dTag”标记的亚基招募到细胞“废物清除”的组件中。标记后的BAF亚基在一小时内降解。这使得精确观察可达性随后是否以及如何变化成为可能，”研究作者解释道。Stefan Kubicek补充说:“我们的研究表明，去除BAF复合物的一个特定亚基会立即导致某些DNA区域的可达性丧失。这种效果似乎是立竿见影的，这表明细胞周期在这个过程中没有任何作用。 We were also able to confirm these results with pharmacological inhibitors of the BAF complex, which showed particularly fast effects. We assume that processes similar to those in our model system also play a role in carcinogenesis when mutations of a subunit of the BAF complex occur in cells for the first time."
合成杀伤力放大效果
在早期的研究中，库比塞克的研究小组已经调查了BAF复合体中不同基因是如何相互作用的。这表明，只有特定BAF亚群发生突变并降低DNA可达性的细胞可以继续存活和生长。然而，在某些情况下，另一个特定亚群的额外失活会导致细胞死亡。这种特定基因的相互作用被称为合成杀伤力。已知的合成致死率存在于SMARCA2和SMARCA4两个基因中。细胞可以忍受这两种基因中的任何一种的丧失，但一旦这两种基因都发生突变，细胞就会死亡。SMARCA4基因突变在癌细胞中尤为常见。特异的SMARCA2抑制有可能利用合成致死率特异性地杀死这些smarca4突变的癌细胞，而不损害健康细胞。在他们目前的研究中，研究作者观察了合成致死率的直接影响。研究作者Sandra Schick说:“我们想知道当我们去掉这两个亚基时会发生什么。”这表明，与每个亚基的损失相比，更多的DNA区域失去了可访问性，尤其是那些对细胞身份至关重要的区域。“我们看到，所谓的‘超级增强子’是非常活跃的基因调控区域，只有当我们触发这种合成致死率时，即同时失去SMARCA4和SMARCA2时，它们才会失去可达性。”
BAF复合体需要持续的活动
此外，科学家们试图用药理物质来触发同样的效果。这些抑制了BAF复合物的活性，并阻止它移动核小体。项目负责人Stefan Kubicek解释说:“我们的研究结果表明，维持基因组中baf控制位点的可及性需要持续的atp依赖重塑。这意味着BAF复合物需要ATP提供的恒定能量来移动核小体，从而保持与DNA的接触。完全废除BAF复合体功能导致在BAF控制的位点上染色质可达性几乎完全丧失。”
