Zyxin直接结合染色体DNA调控线粒体假基因转录并影响前列腺癌细胞凋亡的机制研究

本研究通过ChIP-Seq技术首次揭示骨架蛋白Zyxin直接结合染色体DNA，并特异性靶向线粒体假基因（MTCO2P2、MTRNR2等）。其LIM结构域介导的DNA结合作用调控假基因转录，影响线粒体膜电位（MMP）、活性氧（ROS）水平及TGF-β/STAT1/STING通路，最终导致细胞周期G2/M期阻滞和凋亡。该发现为前列腺癌（PCa）治疗提供了新靶点。

　　

Zyxin直接结合染色体DNA并调控线粒体假基因转录

摘要

人Zyxin是黏着斑复合体的关键组分，参与细胞间黏附和细胞骨架动力学调控。此外，Zyxin在细胞质与细胞核间穿梭，参与基因表达调控。本研究以转移性前列腺癌PC3M细胞为模型，通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq）技术发现Zyxin直接结合染色体DNA，且主要靶点为线粒体假基因。进一步实验证实Zyxin的LIM结构域足以介导DNA结合，而敲低Zyxin会导致线粒体假基因转录水平变化，并影响线粒体完整性和凋亡相关基因表达，最终引发线粒体功能紊乱和细胞凋亡。

引言

Zyxin是一种包含三个LIM结构域和N端富脯氨酸区域（PRR）的LIM域蛋白，最早发现于黏着连接结构。除调控细胞骨架组装外，Zyxin还在机械传导和基因表达调控中发挥重要作用。其在紫外线辐射、人乳头瘤病毒感染、Akt磷酸化等条件下核定位的现象提示其可能参与转录调控。尽管Zyxin在多种癌症（如结肠癌、肺癌、前列腺癌）中高表达且与肿瘤进展相关，但其直接调控基因转录的机制尚不明确。

实验方法

ChIP-Seq实验采用PC3M细胞，通过甲醛交联、细胞裂解、DNA片段化和免疫沉淀等步骤，使用抗Zyxin抗体富集DNA靶点。测序数据经质控、比对和峰值分析后，通过Reactome、GO和KEGG数据库进行通路富集分析。LIM结构域蛋白通过大肠杆菌表达系统纯化，并通过圆二色谱（CD）和小角X射线散射（SAXS）验证结构完整性。结合亲和力通过微量热泳动（MST）技术测定。细胞水平实验包括Zyxin敲低、RT-qPCR、荧光原位杂交（FISH）、线粒体膜电位（MMP）和活性氧（ROS）检测、细胞周期和凋亡分析等。

结果

Zyxin直接结合染色体DNA并偏好线粒体假基因

ChIP-Seq结果显示Zyxin主要结合于7、11、12和18号染色体，靶点包括假基因和蛋白编码基因。其中线粒体假基因MTCO2P2、PDZRN4和MTRNR2L8为高亲和力靶点。这些假基因的5′UTR区域含有转录调控元件（TREs）和转录因子结合位点（TFBs），如TATA框、CAT框及PAX5、TFAP2A、RunX1等结合序列，但缺乏CpG岛结构，表明其调控机制独立于DNA甲基化。

Zyxin的LIM结构域介导DNA结合

体外结合实验表明，完整的LIM结构域（LIM123）与MT假基因寡核苷酸结合亲和力最高（K_D为0.288–0.834 μmol/L），而单个LIM结构域结合能力显著降低。MTCO2P2的5′UTR前端30 bp序列（Seq1）与LIM123结合亲和力最高，提示该区域为关键结合位点。

Zyxin调控假基因转录及线粒体相关通路

Zyxin敲低导致MTCO2P2和MTRNR2转录水平显著下降，同时影响线粒体RNA处理内切核酶（RMRP）、BAX、TGF-β、STAT1和STING等基因表达。通路分析显示Zyxin靶基因富集于细胞器组织、细胞周期和蛋白定位等生物学过程。

Zyxin影响MTCO2P2 RNA的细胞定位

FISH实验显示，在野生型PC3M细胞中，MTCO2P2 RNA与Zyxin共定位于细胞核和细胞质；Zyxin敲低后，MTCO2P2 RNA主要滞留于细胞核，线粒体定位显著减少，表明Zyxin参与RNA的亚细胞转运调控。

Zyxin调控线粒体功能并诱导凋亡

Zyxin与线粒体共定位，其敲低导致线粒体膜电位（MMP）下降、ROS水平升高。细胞周期分析显示G2/M期阻滞，凋亡实验表明早期和晚期凋亡细胞比例显著增加。这些变化与BAX上调和线粒体功能紊乱密切相关。

讨论

本研究首次证实Zyxin通过LIM结构域直接结合染色体DNA，并特异性调控线粒体假基因转录。Zyxin敲低通过影响线粒体假基因表达、破坏线粒体功能、激活凋亡通路，最终抑制前列腺癌细胞增殖。这一发现揭示了Zyxin在核-线粒体通讯中的关键作用，为前列腺癌治疗提供了新的分子靶点。

致谢

本研究得到加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC）等机构的资助。计算资源由挪威Sigma2高性能计算平台提供。