SKI通过表观遗传调控核糖体DNA与着丝粒周异染色质维持基因组稳定性的分子机制

本文揭示了转录共抑制因子SKI在维持基因组稳定性中的新机制。研究人员通过ChIP-qPCR、免疫荧光和染色体分析等技术，证实SKI定位于人端着丝粒染色体的rDNA启动子区及着丝粒周异染色质(PCH)区域，通过招募SUV39H1/HP1α复合物维持H3K9me3修饰水平，从而抑制45S rRNA表达并保障着丝粒完整性。SKI缺失导致染色体错误分离、微核形成和拷贝数变异(CNV)增加，为乳腺癌等疾病中染色体不稳定性(CIN)的发生提供了分子解释，为靶向表观遗传调控的癌症治疗开辟了新途径。

　　

在细胞分裂的精密舞蹈中，染色体分离错误如同致命的舞步失误，可能导致染色体数目异常（非整倍体）和染色体不稳定性（CIN），这两者正是癌症进展、治疗抵抗的幕后推手。着丝粒作为染色体的"指挥中心"，其周围包裹着致密的着丝粒周异染色质（PCH）。这片由重复卫星序列（如BSR、HSATII）构成的"静默地带"，通过组蛋白H3第9位赖氨酸三甲基化（H3K9me3）等表观遗传标记保持封闭状态，进而招募异染色质蛋白1（HP1）和甲基转移酶SUV39H1，共同维护着丝粒结构和姐妹染色单体粘连。然而，当PCH的"封印"松动——表现为DNA低甲基化或H3K9me3减少——染色体便容易"脱轨"，这在侵袭性乳腺癌中尤为常见。

多年来，科学家们一直在寻找守护这片"静默之地"的关键因子。此前在小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中的研究发现，转录共抑制因子SKI能结合PCH并调控局部基因沉默，但它在人类细胞、特别是癌症中的角色仍是迷雾重重。SKI如同一个"分子开关"，通过招募组蛋白去乙酰化酶（HDAC）、核受体辅阻遏物（NCoR）等伙伴压制基因表达。它在癌症中扮演着矛盾角色：既是抑癌基因（如抑制乳腺癌转移），其缺失又导致MEF出现染色体异常。智利大学等机构的研究团队决心拨开迷雾，深入探索SKI在人细胞中维持基因组稳定的新机制，成果发表在《Neoplasia》杂志。

研究团队运用多学科技术展开攻关：通过染色体铺片免疫荧光精确定位SKI在人类细胞有丝分裂期的分布；利用染色体免疫共沉淀（ChIP-qPCR）结合染色体特异性引物，分析SKI及表观标记（如H3K9me3、H3K9ac）在rDNA启动子、BSR/HSATII卫星序列的结合；采用shRNA敲低和过表达技术调控MCF10A（正常乳腺上皮）和MCF7（乳腺癌）细胞中的SKI水平；通过RT-qPCR检测45S rRNA表达；借助全外显子测序（WES）评估拷贝数变异（CNV）；并结合免疫印迹、细胞同步化、微核分析等手段系统解析表型。

SKI定位于人端着丝粒染色体并调控rDNA表观遗传沉默

• 染色体免疫荧光显示，SKI特异性地富集于原发性人成纤维细胞（PHF）、MRC-5、MCF10A和MCF7细胞的端着丝粒染色体区域，并与rDNA转录激活因子UBF共定位（图1a-c）。
• ChIP-qPCR证实SKI直接结合45S rDNA启动子。在正常乳腺上皮MCF10A中，这种结合存在于间期和有丝分裂期；而在SKI低表达的MCF7癌细胞中，仅在有丝分裂期检测到显著结合（图1d-f）。
• 功能实验揭示关键机制：SKI敲低导致MCF10A细胞rDNA启动子的H3K9me3水平降低而H3K9乙酰化（H3K9ac）升高，伴随45S rRNA表达激增2.5倍；反之，SKI过表达的MCF7细胞则呈现H3K9me3升高、H3K9ac降低及rRNA表达抑制（图2）。这表明SKI通过维持rDNA染色质的抑制性表观状态（高H3K9me3/低H3K9ac），充当rRNA基因转录的"分子刹车"。

SKI是着丝粒周异染色质(PCH)表观稳态的核心调控者

• 设计染色体特异性引物（chr15: BSR; chr22: HSATII）进行ChIP-qPCR，首次证实SKI直接结合人PCH卫星重复序列。SKI敲低显著削弱其在MCF10A细胞中与BSR/HSATII的结合，而过表达则增强其在MCF7中的结合（图3）。
• SKI缺失引发PCH区表观标记紊乱：MCF10A中H3K9ac全局性升高，H3K9me2/me3降低；特异性ChIP显示BSR/HSATII区域的H3K9ac升高而H3K9me3降低（图4）。反之，SKI过表达逆转这一趋势。
• 机制层面：SKI是SUV39H1和HP1α招募至PCH的"桥梁"。SKI敲低导致两者在BSR/HSATII上的富集显著减少（图5a-b），破坏了异染色质"写作-阅读"复合体的组装。

SKI缺失破坏着丝粒完整性并引发染色体灾难

• SKI敲低虽不改变着丝粒蛋白CENP-A总量，但显著降低其着丝粒定位信号及在α-卫星DNA上的富集（图5c-e），表明PCH紊乱损害了着丝粒结构。
• 表型验证：SKI缺陷细胞出现灾难性染色体行为——多极纺锤体、染色质桥（图6a）、微核形成率>20%（图6b），以及高达80%的细胞呈现非整倍体（图6c-f）。全外显子测序更揭示随着细胞传代，SKI敲低导致基因组缺失片段长度显著增加（图6g），凸显其维持基因组稳定的持续作用。

这项研究首次描绘了SKI在人类细胞中维持基因组稳定的双重防线：

1. rDNA防线：作为"有丝分裂书签"，SKI结合端着丝粒染色体上的rDNA启动子，通过维持高H3K9me3/低H3K9ac的表观状态，抑制45S rRNA转录，防止rDNA区同源重组异常和核仁功能紊乱。
2. PCH防线：SKI直接结合PCH卫星重复序列（BSR/HSATII），通过招募SUV39H1-HP1α复合物催化并传播H3K9me3修饰，形成稳定的异染色质结构。这条防线对保障着丝粒蛋白（如CENP-A）正确定位至关重要，是染色体精准分离的基石。

当SKI这条"表观遗传卫士"失守，双防线崩溃将导致rRNA异常表达、着丝粒功能缺陷，最终引发染色体错误分离、非整倍体和基因组碎片化——这正是癌症发生发展的核心驱动力。该研究不仅解释了为何乳腺癌中SKI低表达与高CIN相关，更重要的是，它将rDNA沉默与PCH维持置于同一调控枢纽（SKI）之下，为理解癌症中表观遗传失调提供了全新视角。靶向SKI及其下游通路（如增强H3K9me3），有望成为稳定癌细胞基因组、遏制恶性进化的新策略，为开发"表观遗传疗法"点燃希望之光。