SWI/SNF復(fù)合體是四大類染色質(zhì)調(diào)控因子家族中的重要一類。SWI/SNF復(fù)合體又可細(xì)分為三個(gè)成員，稱為cBAF，pBAF以及ncBAF。這些復(fù)合體都是由10-15個(gè)亞基組成，而且大部分亞基都有多個(gè)同源蛋白。在不同的組織中或不同的發(fā)育階段，這些亞基排列組合，產(chǎn)生多種不盡相同的SWI/SNF復(fù)合體，參與不同的基因調(diào)控。SWI/SNF復(fù)合體就像“樂高積木”拼成的扳手，利用ATP的水解，調(diào)控DNA在組蛋白上的滑動(dòng)或使DNA脫離組蛋白，最終或者使DNA變得致密而阻礙轉(zhuǎn)錄，或者使DNA變得松散而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。不同組織不同基因位點(diǎn)的染色質(zhì)重塑結(jié)果會(huì)有不同，這些重塑決定了基因表達(dá)的特異性【1,2】。

在過去的十年時(shí)間里，對(duì)SWI/SNF的研究越來越多。這是因?yàn)镾WI/SNF的亞基突變?cè)趲缀跛邪┌Y中都有觀察到，而且它們的突變非常多，其頻率可以和PI3K，PTEN，P53這些經(jīng)典的癌癥相關(guān)基因的突變頻率相比肩【3】。cBAF是SWI/SNF中豐度最高的復(fù)合體，ARID1A和ARID1B是cBAF中互為同源的最大的亞基，其長(zhǎng)度大于2000個(gè)氨基酸。ARID1A基因的突變頻率是SWI/SNF所有亞基中最高的。在一些癌癥類型中，ARID1A的突變頻率可高達(dá)50-60%。

在尋找應(yīng)對(duì)攜帶ARID1A突變的癌癥的策略時(shí)，人們多利用了“合成致死”效應(yīng)。這種效應(yīng)的原理是，在一個(gè)基因失去活性的基礎(chǔ)上（絕大部分突變使ARID1A失去功能），如果合并了另外一個(gè)基因的失活，則細(xì)胞致死。雖然多個(gè)ARID1A的合成致死基因已經(jīng)被報(bào)道，但大部分沒有進(jìn)一步跟隨研究，多為孤立報(bào)道，因此離臨床實(shí)踐還比較遠(yuǎn)。最先報(bào)道和最被認(rèn)可的ARID1A合成致死基因是ARID1B，即ARID1A的同源基因【4】。ARID1A或ARID1B通常以互斥的方式存在于同一細(xì)胞中的cBAF復(fù)合體中。細(xì)胞水平的研究發(fā)現(xiàn)，ARID1A突變細(xì)胞系如果敲除或敲低了ARID1B，會(huì)使細(xì)胞生長(zhǎng)受到很大抑制。這一現(xiàn)象雖然非常吸引人，但在動(dòng)物水平是否也是如此并不清楚。而且一些癌癥樣本同時(shí)攜帶了ARID1A和ARID1B兩個(gè)突變，使得這種治療策略變得更加有風(fēng)險(xiǎn)。

除了合成致死效應(yīng)，對(duì)于SWI/SNF的基礎(chǔ)的生物學(xué)了解還很缺乏。首先，SWI/SNF的失活是如何促進(jìn)或抑制癌癥發(fā)生的并不清楚。其次，SWI/SNF因?yàn)椴糠謥喕耐蛔兓蛉笔ФЩ詈?，?fù)合體在分子水平上發(fā)生了什么樣的變化并不清楚。第三，發(fā)生變化后的SWI/SNF僅僅失去了原有活性還是獲得了不應(yīng)該存在的異?；钚圆⒉磺宄?。這些未知一方面歸因于對(duì)復(fù)合體發(fā)生變化后的分子水平的描述還不完整，另一方面歸因于這些變化和相關(guān)的細(xì)胞或動(dòng)物表型聯(lián)系的缺失。

2020年9月7日，德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的Hao Zhu團(tuán)隊(duì)（第一作者為王子曦博士）在Nature Cancer上發(fā)表了文章Dual ARID1A/ARID1B loss leads to rapid carcinogenesis and disruptive redistribution of BAF complexes，從動(dòng)物模型到分子水平系統(tǒng)探索了ARID1A和ARID1B同時(shí)缺失的影響。

文章重點(diǎn)關(guān)注了肝臟的表型，做了肝臟中ARID1A和ARID1B雙缺失的小鼠模型，因?yàn)槿砣笔RID1A或ARID1B任意一個(gè)基因都是致死的。肝臟中，缺失ARID1A或ARID1B在動(dòng)物正常生長(zhǎng)過程中都和野生型幾乎相同（在年老的動(dòng)物中，ARID1A的缺失可能會(huì)增加肝臟形成腫瘤的概率和肝臟的大?。?。肝臟雙敲除ARID1A和1B的小鼠有約三分之一在斷奶前死亡，說明的這兩個(gè)基因?qū)Πl(fā)育的重要性。但存活下來的小鼠能夠正常的活到成年。雙敲除小鼠在一個(gè)半月的時(shí)候就能觀察到肝臟明顯增大并伴有囊腫，到10個(gè)月的時(shí)候肝臟遍布腫瘤，有些小鼠還存在肺和脾的轉(zhuǎn)移瘤。這些雙敲除小鼠隨著腫瘤惡化和肝臟功能喪失，多在一年內(nèi)死亡。這一觀察說明雙敲除在動(dòng)物中更有可能導(dǎo)致癌癥而不是合成致死。mRNA-seq和qPCR證實(shí)，雙敲除的肝細(xì)胞發(fā)生了去分化過程，參與肝臟代謝的酶類表達(dá)下調(diào)，表現(xiàn)為AST，ALT等肝功指標(biāo)異常以及黃疸。而細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)則大大增加。

為了進(jìn)一步證實(shí)雙敲除的致癌效應(yīng)，研究人員利用了全身?xiàng)l件性敲除的小鼠模型（UBC-CreER）。在低劑量tamoxifen誘導(dǎo)下，成年小鼠全身組織內(nèi)發(fā)生了部分細(xì)胞的ARID1A和1B敲除。在短短2-3個(gè)月的時(shí)間里，小鼠的耳部，口鼻部，四肢等毛發(fā)較少的皮膚區(qū)域產(chǎn)生了惡性的鱗狀細(xì)胞癌。另外，在ARID1A和1B天然雙缺失的癌細(xì)胞系中重新表達(dá)任意ARID1A或1B蛋白都將導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)完全停滯。這些證據(jù)進(jìn)一步表明在一些細(xì)胞中，雙敲除具有促癌而不是抑癌效應(yīng)。

接著，研究人員從分子層面探索了SWI/SNF在ARID1A和ARID1B缺失后的變化。因?yàn)锳RID1A和1B只存在于SWI/SNF家族中的cBAF復(fù)合體中，研究人員首先分析了cBAF的變化。缺失了ARID1A和1B后，cBAF解離成了數(shù)個(gè)不同的亞復(fù)合體，主要包括以下三種形式：1. 只是缺失了ARID1A和1B，而其它亞基相對(duì)保持完整的亞復(fù)合體；2. 包括BAF170/155/60/57/47亞基在內(nèi)的亞復(fù)合體；3. 包括Brg1/BAF53在內(nèi)的亞復(fù)合體。其中，第一種亞復(fù)合體相對(duì)完整，最有可能保留了原始功能或者獲得了異常活性。對(duì)第一種亞復(fù)合體的ChIP-seq發(fā)現(xiàn)，缺失了ARID1A和1B后，cBAF的功能是失活且沒有獲得異常活性。

有意思的一個(gè)觀察是，在ARID1A和1B缺失后，pBAF的寡聚狀態(tài)發(fā)生了變化。雖然Arid1A和1B不屬于pBAF的組成部分，但pBAF可能受到了影響。在ARID1存在或缺失的情況下，對(duì)pBAF質(zhì)譜分析提示，因ARID1缺失而解離的cBAF很可能非特異性的粘附在pBAF上，導(dǎo)致pBAF寡聚狀態(tài)的改變。ARID1的缺失很可能使cBAF中其它蛋白的疏水面暴露，而cBAF和pBAF又共享很多相同的亞基，在結(jié)構(gòu)上具有很大的相似性，這導(dǎo)致暴露的疏水面傾向于結(jié)合pBAF。ChIP-seq發(fā)現(xiàn)，寡聚狀態(tài)改變后的pBAF對(duì)目標(biāo)DNA的靶向能力大大減弱?；谥皥?bào)道的pBAF的抑癌功能，因ARID1缺失而導(dǎo)致的pBAF功能損害很可能也參與了癌癥的發(fā)展。

最后，研究人員系統(tǒng)探索了ARID1A和1B蛋白參與cBAF組裝的結(jié)構(gòu)域，以及這些結(jié)構(gòu)域中的癌癥突變對(duì)蛋白功能的影響。ARID1蛋白通過C端兩個(gè)保守區(qū)域來組裝cBAF復(fù)合體。而C端第二個(gè)保守區(qū)域內(nèi)，圍繞LxxLL基序產(chǎn)生的錯(cuò)義突變更可能使蛋白失活?；贑端序列的保守性，幾乎所有無(wú)義突變都會(huì)使蛋白失活。

總之，這篇文章探索了ARID1A突變的癌癥的治療策略，為區(qū)分驅(qū)動(dòng)突變（driver mutations）和乘客突變（passenger mutations）提供了理論基礎(chǔ)。

https://doi.org/10.1038/s43018-020-00109-0

參考文獻(xiàn)

1.Kadoch, C. & Crabtree, G.R. Mammalian SWI/SNF chromatin remodeling complexes and cancer: Mechanistic insights gained from human genomics.Sci Adv1, e1500447 (2015).

2.Mashtalir, N. et al. Modular Organization and Assembly of SWI/SNF Family Chromatin Remodeling Complexes.Cell175, 1272-1288 e1220 (2018).

3.Kadoch, C. et al. Proteomic and bioinformatic analysis of mammalian SWI/SNF complexes identifies extensive roles in human malignancy. Nat Genet 45, 592-601 (2013).

4.Helming, K.C. et al. ARID1B is a specific vulnerability in ARID1A-mutant cancers.Nat Med20, 251-254 (2014).

來源：
Nat Cancer | SWI/SNF染色質(zhì)重塑因子突變與癌癥|細(xì)胞|蛋白|亞基

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