核旁斑蛋白NONO通过变构激活NSD1调控活性染色质形成的分子机制

本研究揭示了核旁斑蛋白NONO通过变构激活组蛋白甲基转移酶NSD1调控活性染色质形成的新机制。研究人员发现NSD1的PWWP2结构域芳香口袋是其催化活性的关键调控位点，而NONO作为非经典结合靶点通过该位点变构激活NSD1，维持H3K36me2修饰水平。该发现不仅阐明了活性染色质建立的分子基础，还为NSD1相关神经发育障碍（如Sotos综合征）和癌症治疗提供了新靶点。

　　

在真核细胞中，染色质状态的精确调控对基因表达和细胞命运决定至关重要。组蛋白修饰作为染色质调控的核心机制，其"写入者"酶活性的调控一直是未解之谜。其中，组蛋白H3第36位赖氨酸二甲基化（H3K36me2）是活性染色质的重要标志，由核受体结合SET结构域蛋白1（NSD1）等甲基转移酶催化。NSD1功能异常会导致Sotos综合征等神经发育障碍，其致癌融合蛋白NUP98-NSD1还是急性髓系白血病的关键驱动因子。然而，这个分子量超过300kDa的"巨无霸"蛋白如何被调控，始终是领域内的空白。

研究人员通过多学科技术手段揭示了这一调控机制。首先利用CRISPR-Cas9构建NSD1/2双敲除细胞系，结合PiggyBac转座子系统进行功能回补实验；采用染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析全基因组表观遗传修饰变化；通过杆状病毒表达系统成功重组全长NSD1蛋白，建立体外组蛋白甲基转移酶（HMT）活性检测体系；运用质谱互作组学鉴定NSD1-PWWP2结构域的结合蛋白；并利用小鼠胚胎干细胞（mESC）神经分化模型验证生理功能。

PWWP2结构域是NSD1催化活性的变构调控位点

通过系统删除NSD1各功能域发现，缺失PWWP2结构域（NSD1^ΔPWWP2）会完全丧失H3K36me2催化活性，但该突变体在染色质的结合反而增强，形成"结合但无活性"的陷阱状态。关键位点突变（PWWP2-4A）证实其芳香口袋是变构激活的必要条件。在mESC神经分化实验中，NSD1^PWWP2-4A突变体无法挽救NSD1敲除导致的神经祖细胞分化缺陷。

发现NONO作为NSD1-PWWP2的非经典结合靶点

质谱互作组学分析锁定核旁斑蛋白NONO为PWWP2的主要结合蛋白。GST pull-down实验证实NSD1-PWWP2通过芳香口袋特异性结合NONO的N端区域（aa1-217）。免疫荧光显示80%的NSD1核灶与NONO共定位，揭示二者在核内的空间关联。

NONO变构激活NSD1的分子机制

体外重组实验首次证明：全长NSD1具有基础HMT活性，而添加NONO可剂量依赖性增强该活性；但NSD1^PWWP2-4A突变体对NONO刺激无响应。这证实NONO通过PWWP2芳香口袋变构激活NSD1的模型。

NONO/核旁斑组装调控全局H3K36me2水平

NONO敲除使mESC和HEK293T细胞的H3K36me2全局降低。通过CRISPRi抑制核旁斑关键支架lncRNA NEAT1的表达后，同样观察到H3K36me2水平下降，表明核旁斑的相分离微环境可能增强NONO对NSD1的变构激活效率。

神经发育缺陷的表型关联

在mESC神经分化模型中，NONO敲除部分重现了NSD1敲除的表型：神经分化标志物Nestin表达降低，神经祖细胞迁移缺陷。RNA-seq分析显示，NONO缺失导致神经发育相关基因的表达变化介于野生型和NSD1敲除之间，从分子层面解释了Sotos综合征（NSD1突变）和MRX53综合征（NONO突变）患者共有的神经发育异常表型。

这项研究首次阐明了NSD1的变构激活机制，将核旁斑这一核内无膜细胞器与活性染色质建立直接关联。其重要意义在于：1）突破性地证明活性染色质修饰可通过变构机制主动建立，而非传统认为的仅依赖转录被动沉积；2）揭示PWWP结构域能识别非组蛋白靶标，拓展了对这类"阅读器"结构域功能多样性的认知；3）为NSD1依赖型癌症（如弥漫性中线胶质瘤）提供了新的靶向治疗思路；4）从分子层面解释了两种神经发育障碍的共性病理机制。该发现为染色质调控领域建立了新的研究范式，相关机制可能普遍存在于其他表观遗传调控因子中。