组蛋白乙酰化稳态动力学调控细胞存活与凋亡的平衡机制及其在肿瘤治疗中的潜在价值

《Nature Communications》：Histone acetylation homeodynamics navigates cell survival and apoptosis

本研究针对细胞凋亡与存活平衡调控中表观遗传机制不清的关键问题，系统揭示了P300/Tip60-CtBP/HDAC3通过调控H3K14ac/H3K27ac/H4K8ac的稳态动力学，精确导航IAPs与PAPs的平衡表达，从而决定细胞命运。该机制在果蝇和哺乳动物中部分保守，为凋亡相关疾病和肿瘤治疗提供了新的表观遗传靶点。

　　

在生命科学领域，细胞存活与凋亡的精确平衡是维持机体健康的关键。这种平衡主要由凋亡抑制蛋白(IAPs)和促凋亡蛋白(PAPs)的相互拮抗所调控。任何失衡都可能导致严重疾病：过度凋亡与神经退行性疾病相关，而凋亡抵抗则是癌症的重要特征。然而，在体内维持这种平衡的表观遗传机制至今仍不清楚。

近日，来自华南师范大学的李康、田玲、曹文馨等研究人员在《Nature Communications》上发表了一项突破性研究，首次揭示了组蛋白乙酰化稳态动力学在导航细胞存活与凋亡决策中的核心作用。这项研究不仅阐明了果蝇中P300-CtBP/HDAC3和Tip60组成的精密调控网络，还证实该机制在哺乳动物中部分保守，为理解凋亡相关疾病提供了新的表观遗传视角。

研究人员主要运用了以下关键技术：果蝇遗传学操作（包括组织特异性RNA干扰、FLP-out克隆技术、MARCM突变体分析）、细胞生物学分析（免疫荧光染色、TUNEL检测、 caspase-3活性测定）、表观基因组学分析（CUT&Tag、ChIP-qPCR）、分子生物学技术（双荧光素酶报告基因检测、Co-IP蛋白互作验证）以及小鼠异种移植肿瘤模型。

CtBP抑制凋亡通过抑制E93表达

研究人员发现，在果蝇脂肪体、唾液腺和翅盘三种组织中，CtBP缺失均导致E93表达上调并诱发异常凋亡。通过遗传互作实验证实，共表达E93干扰RNA或UAS-Diapl可部分回救CtBP缺失引起的凋亡表型，表明CtBP通过抑制E93表达来抑制凋亡。

CtBP-HDAC3抑制E93表达

研究发现HDAC3与CtBP表达模式相似，且HDAC3缺失同样引起E93上调和凋亡。体内外实验证实CtBP与HDAC3形成蛋白复合物，共同抑制E93表达。在唾液腺中，两者在96 h AEL时主要定位于细胞核，而在14 h APF时转位至细胞质，与E93表达峰值时间吻合。

P300-CtBP/HDAC3调控E93基因座的H3K27/H4K8ac

P300通过催化H3K27和H4K8乙酰化促进E93表达。CUT&Tag分析显示，在E93高表达的6 h APF阶段，E93B基因座的增强子(R1)和基础启动子(R3)区域富集H3K27ac和H4K8ac信号。20E通过其受体EcR/USP结合EcRE元件诱导E93表达，而P300-i降低了EcR和Pol II在R1和R3区域的富集。

P300-CtBP/HDAC3调控rpr/hid启动子的H3K14/H4K8ac

在E93突变背景下，CtBP/HDAC3抑制而P300促进rpr和hid表达。H3K14ac和H4K8ac在rpr和hid启动子区域的富集受CtBP/HDAC3-P300调控，该调控独立于20E诱导的E93。

Tip60/P300-CtBP/HDAC3调控Diapl启动子的乙酰化

Tip60通过催化H3K14ac正调控Diapl表达。不同Diapl异构体的启动子区域分别受Tip60介导的H3K14ac和P300介导的H3K27ac/H4K8ac调控，共同维持IAPs的表达平衡。

组蛋白乙酰化调控哺乳动物中的PAPs/MPAPs/IAPs/MIAPs

在A549细胞中，人源CtBP和HDAC3通过调控H3K27ac/H4K8ac抑制多个MPAPs和IAPs/MIAPs基因表达，而KAT5通过H3K14ac促进Smac、bad和bim表达。敲低这些表观遗传因子导致早期凋亡特征，包括磷脂酰丝氨酸外翻、线粒体膜电位下降和细胞色素c释放。

破坏组蛋白乙酰化稳态减弱肿瘤发生

在果蝇翅盘上皮肿瘤模型和小鼠A549细胞异种移植模型中，破坏组蛋白乙酰化稳态均能通过诱导凋亡抑制肿瘤发生，表明靶向该通路具有治疗潜力。

本研究首次提出"组蛋白乙酰化稳态动力学"概念，阐明了P300/Tip60-CtBP/HDAC3通过精细调控H3K14ac/H3K27ac/H4K8ac的动态平衡，导航IAPs与PAPs的平衡表达，从而决定细胞命运。该机制在果蝇和哺乳动物中的部分保守性，为开发针对凋亡失衡相关疾病的新型表观遗传疗法提供了理论依据。特别值得注意的是，研究揭示了肿瘤细胞可能通过提高CtBP活性来抑制凋亡基因表达，这为理解肿瘤细胞凋亡抵抗机制提供了新视角。未来针对特定组蛋白乙酰化修饰的精准调控，可能为癌症治疗开辟新的途径。