H3.1K27M 突变致基因组不稳定机制新解：为弥漫中线胶质瘤治疗点亮希望

《Nature Communications》：H3.1K27M-induced misregulation of the TONSOKU-H3.1 pathway causes genomic instability

为探究 H3K27M 致癌突变影响细胞活动的机制，耶鲁大学等机构研究人员以拟南芥为模型，开展 H3.1K27M 相关研究。结果发现 H3.1K27M 破坏染色质调控 TSK/TONSL-H3.1 通路，导致基因组不稳定，这为理解 DMG-H3K27a 病因提供了新视角。

　　在生命的微观世界里，癌症一直是威胁人类健康的重大难题，其中弥漫中线胶质瘤（DMG-H3K27a）这种主要侵袭儿童的脑部癌症，更是令人揪心。它预后极差，确诊后两年生存率不足 10%。约 80% 的 DMG 患者都携带组蛋白 H3 基因上的 K27M 突变，这个小小的突变究竟如何兴风作浪，一直是科研人员迫切想要解开的谜题。

以往大量研究聚焦于致癌 H3K27M 突变导致 H3K27me³水平下降对转录调控的影响，却忽略了它对其他细胞活动的干扰。而且，H3K27M 与 DNA 损伤之间的潜在联系也大多不为人知。为了填补这些知识空白，来自耶鲁大学（Yale University）等机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为揭开 DMG-H3K27a 的神秘面纱带来了曙光。

研究人员开展了一系列实验，其中用到的主要关键技术方法包括：以拟南芥为实验材料，构建多种转基因植株；运用 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化；通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）检测组蛋白修饰水平；利用彗星实验、免疫荧光染色等技术检测 DNA 损伤和相关蛋白定位。

研究结果如下：

• H3.1K27M 表达诱导拟南芥基因组不稳定：研究人员构建了表达 H3.1K27M 的转基因拟南芥植株。实验发现，这些植株与对照组相比，出现发育缺陷，如生长迟缓、叶片变小变窄，存活率降低。彗星实验显示其 DNA 损伤增加，对甲基磺酸甲酯（MMS）更敏感，同源重组频率升高，且 DNA 损伤响应基因上调，表明 H3.1K27M 表达会导致 DNA 损伤。
• H3.1K27M 表达抑制组蛋白甲基转移酶活性：在人类细胞中，H3K27M 突变会干扰 PRC2 的活性。研究人员推测在植物中也是如此，通过免疫染色和 ChIP-Rx 分析发现，H3.1K27M 表达确实导致拟南芥中 H3K27me³水平大幅下降，表明其破坏了 PRC2 活性。此外，H3.1K27M 还抑制了 ATXR5/6 的活性，导致 H3K27me¹水平降低。
• H3.1K27M 诱导类似 atxr5/6 突变体的基因组不稳定缺陷：atxr5/6 突变体中 H3.1K27me¹缺失会导致异染色质相关表型。研究发现，H3.1K27M 表达的植株也出现类似缺陷，如染色中心解凝聚、异染色质扩增、转座子沉默丧失等，且这些缺陷的严重程度与 H3.1K27me¹水平相关。
• H3.1K27M 以 TSK 依赖的方式诱导基因组不稳定：在植物中，ATXR5/6 通过甲基化 H3.1K27 抑制 TSK 活性。研究人员将 H3.1K27M 转入 tsk 突变体背景下，发现消除 TSK 活性可部分抑制 H3.1K27M 相关的生长异常和早期致死性，表明 H3.1K27M 诱导的基因组不稳定依赖于 TSK 活性。而且，在植物和动物中，H3.1K27M 插入染色质都会导致 TSK/TONSL 活性异常，但机制不同。
• H3.1K27M 表达的植株对特定 DNA 修复蛋白的缺失高度敏感：研究人员发现，H3.1K27M 表达的植株对同源重组相关的 RAD51 和 DNA 末端切除关键蛋白 MRE11 的缺失高度敏感，这表明这些 DNA 修复途径对 H3.1K27M 表达植株的生存至关重要，且 H3.1K27M 表达的植株和 atxr5/6 突变体对 DNA 修复蛋白缺失的表型受相同蛋白调控。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 H3.1K27M 通过破坏染色质调控 TSK/TONSL-H3.1 通路，导致基因组不稳定，为理解 DMG-H3K27a 的病因提供了新的方向。虽然植物和哺乳动物在调控 TSK/TONSL 活性的机制上存在差异，但 H3.1K27M 都可能导致其活性异常，进而影响基因组稳定性。这一研究不仅加深了我们对癌症发生机制的理解，还为开发针对 H3K27M 相关癌症的治疗策略提供了理论基础，有望为攻克这类难治性癌症带来新的希望。