Hippo信号通路通过调控YAP/TEAD核行为与DNA结合时间控制转录的新机制

研究人员针对Hippo信号通路如何精确调控转录这一关键科学问题，通过活细胞显微成像技术系统研究了转录效应因子YAP和TEAD的核行为。研究发现TEAD是决定YAP DNA结合和核迁移的关键因素，而Hippo信号活性降低会显著延长YAP/TEAD1的DNA结合时间。特别揭示了TEAD1在核凝聚体中呈现更持久的基因组结合特性，并发现癌症相关YAP融合蛋白具有独特生物物理行为。该研究为理解Hippo通路转录调控提供了单分子水平的直接证据，对发育生物学和肿瘤治疗具有重要启示意义。

　　

在生命活动的精密调控网络中，Hippo信号通路犹如一位严谨的指挥家，从果蝇到人类高度保守地调控着器官发育、组织再生和肿瘤发生。过去二十年虽然鉴定了该通路的核心组分，但关于其如何精确控制转录仍存在关键盲区——究竟是单纯通过调控YAP/TAZ的核质穿梭，还是同时影响其与DNA的相互作用动态？这个问题的解答对理解胚胎发育和癌症发生至关重要。

传统观点认为Hippo通路主要通过LATS1/2激酶磷酸化YAP/TAZ，限制其核定位来实现转录调控。但近年研究发现YAP/TAZ存在持续快速的核质穿梭现象，且能在核内形成富含转录机器的凝聚体。更引人深思的是，在果蝇中已观察到Yki（YAP同源物）能延长Scalloped（TEAD同源物）的DNA结合时间，但人类细胞中Hippo信号是否以及如何影响YAP/TEAD的分子行为仍是未解之谜。

为破解这一难题，研究人员采用前沿的单分子追踪（SMT）和荧光相关光谱（RICS）技术，在人类乳腺上皮细胞MCF10A、HeLa细胞以及模拟早期胚胎的iPSC/iTSC共培养体系中，系统研究了YAP和TEAD1的核内行为。通过构建HaloTag标记的野生型和突变体蛋白，结合新型LATS抑制剂（LATSi）和YAP-TEAD相互作用抑制剂IAG933，首次在单分子水平揭示了Hippo信号调控转录的全新机制。

关键技术方法包括：1）单分子追踪技术解析YAP/TEAD1核内迁移和DNA结合动力学；2）荧光相关光谱测定蛋白质扩散系数；3）诱导多能干细胞与滋养层干细胞共培养模拟胚胎发育微环境；4）小分子抑制剂急性干预Hippo信号通路；5）癌症相关YAP-TFE3融合蛋白的动力学分析。

YAP和TEAD1展现不同的核内特性
研究发现YAP核内迁移速度（3.6 μm²/s）显著快于TEAD1（1 μm²/s），两者DNA结合时间呈幂律分布。TEAD1长/短结合时间（42.1/3.4 s）约为YAP（20.5/2.1 s）的两倍，提示YAP可能结合已定位DNA的TEAD或提前解离。

TEAD1的DNA结合能力主导其核行为
删除TEA结构域的TEAD1^ΔDBD迁移性显著增强，而YAP结合缺陷突变体TEAD1^Y421H仍保持野生型特性，证实TEAD1的DNA结合而非YAP互作决定其核行为。

TEADs显著影响YAP核行为
YAP^S94A（无法结合TEAD）几乎完全呈移动状态，而过表达TEAD1可使YAP迁移特性转变为类似TEAD1，表明TEAD是YAP基因组定位的主要决定因素。

Hippo信号限制YAP/TEAD1的DNA结合时间
LATSi处理2小时使YAP和TEAD1的长结合时间分别延长至41.4 s和82.5 s。在天然低Hippo活性的iTSC中，TEAD1结合时间（90.9 s）比iPSC（50 s）显著延长，证实Hippo信号通过调控DNA结合时间影响转录活性。

TEAD1在核凝聚体中呈现独特行为
TEAD1在凝聚体中的迁移速度降低且结合时间延长（幂律指数0.647 vs 0.762）。有趣的是，IAG933虽在1分钟内驱逐凝聚体中的YAP、BRD4和MED1，但TEAD1凝聚体反而增大，其DNA结合时间进一步延长至30.4 s，提示TEAD1可能通过延长结合时间参与转录抑制。

癌症相关YAP-TFE3展现独特动力学
YAP-TFE3融合蛋白的迁移性（幂律指数0.683）低于野生型YAP，且TEAD结合缺陷型YAP^S94A-TFE3仍保留部分DNA结合能力，印证其双DNA结合域特性。该发现为理解融合蛋白致癌机制提供了新视角。

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究首次系统揭示了Hippo信号通过调控YAP/TEAD核内行为影响转录的新范式：不仅控制YAP核丰度，还精细调节其与TEAD的DNA结合持续时间。发现TEAD1在核凝聚体中的独特行为为理解转录微环境调控提供了新思路，而癌症融合蛋白YAP-TFE3的异常动力学特征则为靶向治疗开发指明了方向。研究建立的活细胞成像体系和技术方法，为其他信号通路转录调控机制研究提供了重要借鉴。特别值得注意的是，在早期胚胎发育模型中验证的发现，将有助于解析Hippo通路在细胞命运决定中的时空调控奥秘。这些突破性发现为发育生物学和肿瘤学领域带来了多维度的理论创新和方法学启示。