FOXK1 O-GlcNAc糖基化通过招募BAP1调控E2F通路促进肿瘤发生的分子机制

本研究揭示了转录因子FOXK1通过O-GlcNAc糖基化修饰招募肿瘤抑制因子BAP1至染色质，激活E2F信号通路促进细胞增殖和肿瘤发生的关键机制。研究人员发现FOXK1特异性糖基化修饰在G1/S期达到峰值，其缺失导致BAP1募集减少和H2AK119ub水平升高，为代谢重编程与表观遗传调控的交叉研究提供了新范式。

　　

在肿瘤生物学领域，E2F转录因子网络作为细胞周期调控的核心枢纽，其异常激活与多种癌症的发生发展密切相关。然而，这个复杂网络的上游调控机制仍存在诸多未解之谜。与此同时，蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰作为营养感应的重要分子开关，在肿瘤代谢重编程中的作用日益受到关注。这两条看似独立的研究路径，在FOXK1这个叉头框转录因子身上产生了奇妙的交汇。

加拿大蒙特利尔大学医院研究中心的研究团队在《Nature Communications》发表的重要研究，首次揭示了FOXK1通过独特的O-GlcNAc修饰"劫持"肿瘤抑制因子BAP1，重塑染色质状态进而激活E2F信号通路的分子机制。这项研究不仅阐明了FOXK1促癌功能的结构基础，更为代谢异常与表观遗传失调的协同致癌作用提供了直接证据。

研究团队运用了多种关键技术：通过CRISPR/Cas9筛选分析基因依赖性；采用ChIP-seq和Cut&Run技术绘制全基因组染色质结合图谱；利用ATAC-seq评估染色质开放性；通过质谱鉴定FOXK1的11个O-GlcNAc修饰位点；建立异种移植模型验证体内功能；结合TCGA数据库进行临床相关性分析。这些多组学方法的整合应用为机制解析提供了全面证据。

【FOXK1具有独特的促癌特性】
研究人员通过比较分析发现，虽然FOXK1和FOXK2同属叉头框家族且结构相似，但只有FOXK1过表达能显著促进正常二倍体成纤维细胞(IMR90)增殖。同步化实验显示FOXK1加速细胞进入S期，同时延缓衰老标志物SA-β-gal和PML小体的积累。更重要的是，FOXK1与经典癌基因(RAS^G12V、E1A等)协同显著增强细胞转化能力，在裸鼠模型中表现出更强的致瘤性。临床数据分析显示FOXK1高表达与患者不良预后显著相关，这些结果确立了FOXK1作为独立致癌因子的地位。

【FOXK1特异性调控E2F转录程序】
转录组分析揭示FOXK1过表达导致200个E2F靶基因中30%显著上调，包括cyclin A、CDC6等关键细胞周期调控因子。染色质免疫共沉淀(ChIP-seq)显示FOXK1和FOXK2虽然结合相似的基因组位点，但只有FOXK1能激活E2F相关基因。三维基因组分析发现FOXK1通过增强子-启动子环化调控E2F1等靶基因，这种调控具有时空特异性——在G0期FOXK2占主导，而细胞周期重启后FOXK1结合显著增加。

【O-GlcNAc修饰决定FOXK1功能特异性】
质谱分析鉴定出FOXK1 C端无序区的11个O-GlcNAc修饰位点(形成FOXK1^7A和FOXK1^11A突变体)。这种修饰具有动态特性：在葡萄糖充足时增强，在G1/S期达到峰值。重要的是，O-GlcNAc缺陷突变体丧失促增殖和促转化能力，在裸鼠模型中肿瘤生长显著延迟。机制上，O-GlcNAc修饰不改变FOXK1染色质结合能力，但通过"双模块"机制增强与BAP1的互作：既依赖FHA结构域识别BAP1 Thr493磷酸化，又通过糖基化提供额外结合界面。

【BAP1-FOXK1轴重塑染色质景观】
Cut&Run分析显示O-GlcNAc缺陷导致BAP1在2130个基因组区域的募集减少，伴随H3K4me1水平下降和H2AK119ub增加。在间皮瘤等BAP1野生型癌细胞中，FOXK1的促增殖作用显著强于BAP1缺失细胞。DepMap数据库分析证实FOXK1与BAP1在癌细胞中存在功能耦合，43个E2F靶基因的表达同时依赖于二者存在。

这项研究确立了"营养感应-O-GlcNAc修饰-表观遗传重塑"的级联调控轴，揭示了FOXK1 O-GlcNAcylation作为分子开关的精确调控机制。从转化医学角度看，该发现为BAP1野生型肿瘤（如恶性间皮瘤）提供了潜在治疗靶点。更广泛的意义在于，它架起了癌症代谢异常与表观遗传失调之间的桥梁，为理解环境营养信号如何通过特定转录因子影响基因组稳定性提供了新视角。研究采用的"修饰位点解析-结构功能验证-临床相关性分析"研究范式，也为其他PTM（翻译后修饰）相关研究提供了方法学参考。