滑膜肉瘤通过GBAF激活多梳靶点及CBAF增强子缺失重编程转录

《Nature Communications》：Synovial sarcoma reprograms transcription by GBAF activation of polycomb targets and loss of CBAF enhancers

滑膜肉瘤（SyS）由SS18::SSX融合癌蛋白驱动，但其致癌机制尚不明确。本研究通过多组学分析发现，SS18::SSX通过将非经典GBAF复合物重定位至H2AK119ub标记的发育基因，使其去阻遏并激活；同时导致经典CBAF复合物从增强子位点丢失，引发转录沉默。该研究揭示了BAF复合物亚型在肿瘤发生中的双重作用，为靶向治疗提供了新思路。

　　

滑膜肉瘤是一种好发于青少年和年轻人的软组织恶性肿瘤，其发生与一个特定的染色体易位密切相关，即SS18基因与SSX基因发生融合，产生SS18::SSX融合癌蛋白。这个融合蛋白被认为是驱动滑膜肉瘤发生的关键“元凶”。尽管科学家们已经知道这个融合蛋白的存在，但它究竟是如何“劫持”细胞的正常调控机制，最终导致癌症发生的，其具体分子机制一直是个未解之谜。

为了揭开这个谜团，研究人员将目光投向了细胞内的BAF染色质重塑复合物家族。BAF复合物就像细胞内的“基因开关”调控师，它们通过改变染色质的结构，来决定哪些基因被打开（表达），哪些基因被关闭（沉默）。BAF家族主要包含三个亚型：经典BAF（CBAF）、多溴BAF（PBAF）和非经典BAF（GBAF）。有趣的是，SS18是CBAF和GBAF复合物的核心组分，而SSX蛋白则能特异性地结合一种名为H2AK119ub的组蛋白修饰，这种修饰通常与基因沉默相关。因此，SS18::SSX融合蛋白的诞生，相当于将一个“基因开关”的组件与一个“基因沉默”的识别器强行捆绑在了一起，这无疑会在细胞内引发一场巨大的“染色质冲突”。

这项发表在《Nature Communications》上的研究，正是为了深入探究这场“冲突”的后果。研究人员利用基因工程小鼠模型，在体内模拟了滑膜肉瘤的发生过程，并结合多种前沿的组学技术，系统性地解析了SS18::SSX融合蛋白如何通过重塑BAF复合物的功能，最终重编程细胞转录，导致肿瘤形成。

为了回答上述科学问题，研究人员开展了一系列严谨的实验。他们首先构建了能够表达人类SS18::SSX2融合蛋白的转基因小鼠模型，通过注射TATCre蛋白在特定时间点诱导肿瘤发生，从而获得了与人类滑膜肉瘤高度相似的肿瘤组织。利用这些宝贵的体内模型，研究团队开展了多组学分析：通过染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）技术，在全基因组范围内绘制了SS18::SSX融合蛋白以及BAF复合物各亚型（GBAF、CBAF、PBAF）在染色质上的分布图谱；通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和空间转录组学（Xenium In Situ）技术，解析了肿瘤细胞的异质性和发育轨迹；此外，他们还通过基因敲除技术，分别在小鼠模型中敲除了BAF复合物中的关键亚基（如Smarcb1、Pbrm1、Arid1a、Arid1b），以评估这些亚基在肿瘤发生过程中的具体功能。

SS18::SSX通过H2AK119ub将GBAF重定位至发育基因调控区

研究人员首先通过ChIP-seq技术，在全基因组范围内追踪了SS18::SSX融合蛋白的足迹。他们发现，融合蛋白并非随机分布，而是高度富集在那些带有H2AK119ub组蛋白修饰的调控区域。这些区域主要分为两类：一类是基因的启动子区，另一类是远离基因的远端增强子区。这些被融合蛋白“占领”的基因，正是那些在滑膜肉瘤发生过程中被异常激活的基因（SAT基因），它们通常编码与发育相关的蛋白。

进一步的分析揭示，融合蛋白的招募并非单打独斗，而是“挟持”了非经典BAF复合物（GBAF）一同前往。在滑膜肉瘤细胞中，GBAF复合物与融合蛋白的分布高度一致，并且其结合位点呈现出“宽峰”的特征，覆盖了这些发育基因的整个调控区域。这种GBAF的广泛分布，与H2AK119ub和激活性的组蛋白修饰H3K4me3紧密相伴，共同将原本处于“静默”或“待命”状态的发育基因“唤醒”，使其异常表达，从而驱动了肿瘤的发生。

CBAF在滑膜肉瘤中发生功能丧失和空间重分布

与GBAF的“大展拳脚”形成鲜明对比的是，经典BAF复合物（CBAF）在滑膜肉瘤中遭遇了“流放”。研究人员发现，在正常细胞中，CBAF主要分布在基因的远端增强子区域，负责调控基因的表达。然而，在滑膜肉瘤细胞中，CBAF几乎完全从这些增强子位点消失了。取而代之的是，残留的CBAF复合物（其中也包含SS18::SSX融合蛋白）只能“蜷缩”在基因转录起始位点（TSS）附近，形成非常“狭窄”的结合峰。这种分布模式的剧变，意味着CBAF在滑膜肉瘤中失去了其正常的增强子调控功能，这可能是导致另一部分基因（SST基因）在肿瘤发生过程中被沉默的重要原因。

SMARCB1是维持滑膜肉瘤表型的关键分子

为了验证不同BAF亚型在肿瘤发生中的具体作用，研究人员在小鼠模型中分别敲除了BAF复合物的关键亚基。结果发现，敲除Smarcb1（该基因编码的蛋白是CBAF和PBAF复合物的共有亚基）会带来戏剧性的后果：虽然肿瘤生长得更快了，但肿瘤细胞却失去了典型的滑膜肉瘤特征，变得分化极差、核异型性明显。在分子层面，Smarcb1的缺失导致SAT基因（即那些被GBAF激活的发育基因）的表达显著下降。这表明，尽管GBAF负责将这些基因“带到”调控区，但它们的成功表达还需要CBAF或PBAF在转录起始位点的“协助”。Smarcb1的缺失破坏了这种协作，导致滑膜肉瘤的“身份特征”丧失。

PBRM1缺失改变肿瘤发生轨迹

与Smarcb1类似，敲除Pbrm1（PBAF复合物的特异性亚基）也加速了肿瘤的发生，并导致肿瘤细胞出现一定程度的核异型性。然而，其影响相对温和，且在不同遗传背景的小鼠模型中表现出差异。在SS18::SSX2背景的小鼠中，Pbrm1缺失使肿瘤偏离了典型的滑膜肉瘤转录程序；而在SS18::SSX1背景的小鼠中，肿瘤发生反而变慢，且保留了滑膜肉瘤的典型特征。这表明PBAF的缺失可以被CBAF部分代偿，但其具体效应受到融合蛋白亚型和细胞背景的调节。

ARID1A/ARID1B缺失增强肿瘤发生但不改变表型

与上述结果形成对比的是，敲除Arid1a或Arid1b（两者均为CBAF复合物的特异性亚基）虽然同样加速了肿瘤的发生，但并未改变肿瘤的典型滑膜肉瘤组织学形态。在分子层面，Arid1a的缺失进一步增强了CBAF功能丧失的表型，即那些在肿瘤中被沉默的基因（SST基因）被抑制得更深。这表明，CBAF功能的丧失是SS18::SSX驱动肿瘤发生的内在组成部分，其功能的进一步破坏会加剧这一过程，但并不会改变肿瘤的核心身份。

本研究通过系统的体内实验和组学分析，揭示了SS18::SSX融合蛋白驱动滑膜肉瘤发生的双管齐下机制。一方面，融合蛋白通过其SSX结构域识别并结合H2AK119ub修饰，将非经典BAF复合物（GBAF）招募至发育基因的调控区，通过染色质重塑激活这些基因的表达，这是肿瘤发生的“油门”。另一方面，融合蛋白的表达导致经典BAF复合物（CBAF）从正常的增强子位点丢失，功能受损，从而引起另一部分基因的沉默，这是肿瘤发生的“刹车失灵”。这两种机制共同作用，彻底重编程了细胞的转录组，最终导致滑膜肉瘤的形成。

这项研究的意义重大。首先，它首次在体内清晰地阐明了SS18::SSX通过重塑BAF复合物亚型的功能来驱动肿瘤发生的完整分子通路。其次，研究揭示了不同BAF亚型在肿瘤发生中扮演的不同角色：GBAF是致癌活性的执行者，而CBAF和PBAF则是维持肿瘤细胞身份和表型稳定性的“守护者”。最后，该研究为滑膜肉瘤的精准治疗提供了新的思路。传统的治疗策略多集中于靶向GBAF的活性，但本研究提示，针对CBAF功能丧失所导致的基因沉默进行干预，或者联合靶向不同BAF亚型的策略，可能为攻克这一难治性肿瘤带来新的希望。