UHRF1相分离介导DNA甲基化稳定遗传并促进前列腺癌细胞增殖的机制研究

本研究针对前列腺癌(PC)中肿瘤抑制基因启动子区异常甲基化这一关键表观遗传学改变，揭示了UHRF1通过相分离(LLPS)形成核凝聚体，招募DNMT1实现表观遗传沉默的新机制。研究人员发现UHRF1的SRA结构域和IDR3协同介导相分离，在癌症相关基因启动子区形成核凝聚体，维持DNA甲基化并促进PC细胞恶性增殖。该研究为PC的早期诊断和治疗靶点开发提供了新思路，发表于《Cell Communication and Signaling》。

　　

前列腺癌是全球男性第二大常见恶性肿瘤，其发生发展与表观遗传学异常密切相关。其中，肿瘤抑制基因(TSGs)启动子区的DNA异常甲基化是最主要的表观遗传学改变，但DNA甲基化如何在前列腺癌细胞中稳定遗传并精确调控基因网络的机制尚不清楚。作为表观遗传调控的核心因子，UHRF1（泛素样PHD和RING指结构域蛋白1）能识别半甲基化CpG序列并通过SRA结构域直接结合DNA甲基转移酶DNMT1。然而，UHRF1在前列腺癌细胞中调控基因网络的精确模式仍是一个未解之谜。近年来研究发现，表观调控因子的相分离(LLPS)在表观遗传修饰中发挥重要作用，这为揭示UHRF1的作用机制提供了新视角。

为探究UHRF1相分离是否介导前列腺癌细胞中DNA甲基化的稳定遗传，浙江大学医学院的研究团队开展了系统性研究。通过分析TCGA和GTEx数据库，发现UHRF1在前列腺癌组织中显著高表达，且与患者不良预后相关。体外实验证实，UHRF1敲除可抑制前列腺癌细胞(C4-2B和DU145)增殖，同时导致GSTP1、RASSF1等肿瘤抑制基因启动子区甲基化水平降低和表达上调。机制研究发现，UHRF1通过其SRA结构域和内在无序区IDR3发生相分离，在细胞核内形成动态液滴，这些凝聚体可招募DNMT1至特定基因启动子区（如GSTP1和RASSF1），维持DNA甲基化并实现表观遗传沉默。当用1,6-己二醇破坏UHRF1相分离时，其与DNMT1的相互作用减弱，导致靶基因甲基化水平下降和表达上调。该研究首次揭示了UHRF1相分离在前列腺癌表观遗传调控中的核心作用，为开发靶向相分离的抗癌策略提供了理论依据。

研究采用多组学分析（TCGA和GTEx数据库）、细胞功能实验（CCK-8和RTCA增殖检测）、分子互作研究（Co-IP和CUT&Tag染色质分析）、相分离表征（体外液滴形成和FRAP动态分析）以及表观遗传学检测（亚硫酸盐测序和WGBS数据分析）等关键技术。其中CUT&Tag实验使用DU145细胞系，通过抗体靶向UHRF1和DNMT1，分析其在基因组上的结合模式。

UHRF1与前列腺癌临床病理特征相关
通过TCGA和GTEx数据联合分析，发现UHRF1 mRNA在前列腺癌组织中显著上调（图1A），且高表达患者无进展生存期更短（P=0.003）。构建的列线图可有效预测患者1-5年预后（图1D-E），ROC曲线显示UHRF1对前列腺癌诊断具有较高价值（AUC=0.761）。

UHRF1促进前列腺癌细胞增殖
实验显示UHRF1在恶性程度更高的DU145细胞中表达最高（图2A-B）。敲除UHRF1后，细胞增殖能力显著下降（图2I-L），证实其促癌作用。

UHRF1调控DNA甲基化维持与TSGs表达
WGBS数据显示前列腺癌组织中多个TSGs启动子甲基化水平升高（78.6%）。UHRF1敲除导致GSTP1/RASSF1启动子甲基化程度降低（图3F），相关基因表达上调（图3B-E）。值得注意的是，DNMT1表达量未受影响（图3G-J），但UHRF1与DNMT1在核内形成共定位凝聚体（图3K）。

UHRF1发生相分离的分子机制
生物信息学预测发现UHRF1含有三个内在无序区（IDR1-3）（图4A-B）。体外实验证实重组UHRF1可在10% PEG-8000条件下形成动态液滴（图4C-D），该过程依赖低盐浓度和高蛋白浓度（图4E）。细胞实验中，UHRF1-EGFP形成核内 puncta（图4G），FRAP显示液滴具有流动性（恢复率>50%）。结构域分析表明SRA和IDR3是相分离的关键区域（图S5C-D），其中IDR3富含电荷区块（图S6A-B）。

相分离调控UHRF1的DNA结合与功能
1,6-己二醇处理破坏UHRF1凝聚体后（图5A），其在CpG岛和TSGs启动子（如GSTP1）的结合显著减弱（图5B-F）。同时，DNMT1的基因组定位也受影响（图6B-E），导致TSGs甲基化水平下降（图6G）和表达变化（图6F）。

该研究首次阐明UHRF1通过相分离机制在前列腺癌中维持DNA甲基化谱的分子机制。SRA结构域和IDR3协同介导的相分离，使UHRF1能在特定基因组位点（如TSGs启动子）形成核凝聚体，高效招募DNMT1并维持甲基化沉默。这一发现不仅解释了前列腺癌中表观遗传记忆的稳定遗传问题，还为开发靶向UHRF1相分离的小分子抑制剂提供了新思路。鉴于UHRF1在多种癌症中异常高表达，该研究揭示的机制可能具有广谱抗癌意义。未来研究可进一步探索靶向破坏UHRF1凝聚体的治疗策略，以及相分离与其他表观遗传调控因子的协同作用网络。