Zyxin直接结合染色体DNA调控线粒体假基因表达并影响前列腺癌细胞凋亡的机制研究

本研究针对zyxin在细胞核内功能未知的问题，通过ChIP-Seq技术发现zyxin直接结合染色体DNA并靶向线粒体假基因（MTCO2P2、MTRNR2等）。研究人员证实zyxin的LIM结构域介导DNA结合，其敲低导致假基因转录下调、线粒体膜电位降低、ROS增加和细胞凋亡。该研究首次揭示zyxin通过调控核内线粒体假基因影响线粒体功能的新机制，为前列腺癌治疗提供新靶点。

　　

在细胞生物学研究领域，zyxin蛋白长期以来被认为是一种重要的细胞粘着斑蛋白，主要参与细胞骨架动力学和细胞-细胞间粘附的调节。然而，令人惊讶的是，这种蛋白还具有穿梭至细胞核的能力，并在基因表达调控中发挥作用。尽管zyxin的核内功能早在30年前就被发现，但其在癌症特别是前列腺癌中的具体作用机制仍然是一个未解之谜。

研究人员选择转移性前列腺癌PC3M细胞作为模型，通过染色质免疫沉淀测序(ChIP-Seq)技术首次绘制了zyxin在染色体DNA上的结合图谱。令人意外的是，研究发现zyxin主要靶向线粒体假基因，包括MTCO2P2、PDZRN4和MTRNR2等。这些假基因虽然不编码蛋白质，但它们的5'非翻译区含有典型的转录调控元件，如TATA框、CAT框以及特定的转录因子结合位点。

为了验证zyxin与DNA的直接相互作用，研究团队表达了zyxin的LIM结构域蛋白（包括LIM123、LIM12、LIM23以及单个LIM结构域），并通过显微热泳技术(MST)测定了其与靶DNA序列的结合亲和力。结果显示，完整的LIM123结构域与MTCO2P2假基因的结合亲和力最高(K_D = 0.288 ± 0.002 μmol/L)，而单个LIM结构域的亲和力显著降低，表明三个LIM结构域协同作用对于DNA结合至关重要。

在功能研究方面，研究人员发现zyxin敲低导致MTCO2P2和MTRNR2表达显著下调，同时影响线粒体相关基因的表达。通过荧光原位杂交(FISH)技术，他们观察到zyxin敲低后MTCO2P2 RNA在细胞核内滞留，无法正常定位到线粒体。进一步实验表明，zyxin敲低导致线粒体膜电位(MMP)降低、活性氧(ROS)水平升高，最终引起G2/M期细胞周期阻滞和细胞凋亡。

主要技术方法

本研究采用ChIP-Seq鉴定zyxin的DNA结合位点；通过重组蛋白表达和纯化获得LIM结构域蛋白；使用MST技术定量蛋白-DNA相互作用；利用RNA干扰技术敲低zyxin表达；采用RT-qPCR分析基因表达变化；应用FISH技术研究RNA亚细胞定位；通过流式细胞术分析细胞周期和凋亡。

Zyxin binds chromosomal DNA directly and exhibits a preference for mitochondrial pseudogenes

通过ChIP-Seq分析发现zyxin直接结合染色体DNA，主要靶向线粒体假基因MTCO2P2、PDZRN4和MTRNR2。这些假基因的5'UTR区域含有转录调控元件，包括TATA框、CAT框和特异性转录因子结合位点，表明它们可能具有转录调控功能。

Zyxin LIM domains (LIM123) bind to MT pseudogenes (CSTRs) in vitro

体外结合实验证实zyxin的LIM结构域直接与线粒体假基因DNA结合，其中完整的LIM123结构域显示最高结合亲和力。MTCO2P2的Seq1区域(约30bp)足以介导高亲和力结合，表明存在特定的序列识别机制。

Zyxin is involved in the transcriptional regulation of ChIP-Seq target regions

zyxin敲低导致MTCO2P2和MTRNR2表达显著下调，同时影响TGF-β/STAT1/STING信号通路基因表达。通路分析显示zyxin结合基因主要参与细胞器组织、细胞周期和蛋白质定位等生物学过程。

Zyxin knockdown affects the cellular localization of MTCO2P2 RNAs

FISH实验证明zyxin敲低影响MTCO2P2 RNA的细胞定位，导致其在核内滞留，无法正常定位到线粒体，表明zyxin参与RNA的亚细胞运输调控。

Zyxin knockdown is associated with changes in mitochondrial membrane potential and ROS levels

zyxin敲低导致线粒体膜电位降低、ROS水平升高，免疫荧光和线粒体分离实验证实zyxin定位于线粒体。这些变化最终导致G2/M期细胞周期阻滞和细胞凋亡。

研究结论表明，zyxin作为一种新型的DNA结合蛋白，通过其LIM结构域直接结合线粒体假基因，调控其转录表达。zyxin缺失导致线粒体功能紊乱、ROS积累和细胞凋亡，这在前列腺癌进展中可能发挥重要作用。该研究不仅揭示了zyxin的核酸结合新功能，还为理解核-线粒体交叉对话提供了新的分子机制，对开发针对zyxin的癌症治疗策略具有重要指导意义。论文发表在《Biochemistry and Cell Biology》期刊上，为细胞生物学和癌症研究领域提供了重要的理论依据。