四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室韩俊宏团队于2024年7月22日在Nucleic Acids Research发表研究论文“KDM6A–SND1 interaction maintains genomic stability by protecting the nascent DNA and contributes to cancer chemoresistance”（点击二维码阅读原文）。破坏基因组稳定性在肿瘤治疗中至关重要。研究发现去甲基化酶KDM6A与SND1互作，招募RPA和Ku70蛋白至新生DNA 以维持复制叉稳定。癌细胞缺失KDM6A和SND1会增加化疗药物敏感性。揭示KDM6A调控基因组稳定性和化疗耐药的新功能。
基因组稳定性对于细胞存活和预防肿瘤发生至关重要。真核生物已经进化出复杂而严密的机制来维持基因组的稳定性。细胞通过DNA损伤反应(DNA damage response, DDR)维持染色质的完整和确保基因组的稳定。该通路受多种蛋白质和信号调节，如ATM/ATR、BRCA1/2、TP53等。越来越多的证据表明多种染色质重塑因子及组蛋白修饰都参与基因组稳定性的调节，而染色质重塑失败或受到抑制、组蛋白修饰的改变等都会直接或间接导致DNA损伤，并影响后续DDR途径的正常运转。由于破坏肿瘤细胞基因组稳定性是治疗肿瘤的重要策略，因此探索其潜在机制变得至关重要。
组蛋白去甲基化酶KDM6A位于X染色体上，是染色质重塑因子之一，其主要功能为参与组蛋白H3K27的去甲基化。现有研究表明KDM6A与胚胎发育、基因组稳定、肿瘤发生密切相关。有证据表明KDM6A功能的丧失可能会提高许多抑癌基因启动子区域H3K27me3修饰的水平，从而促进肿瘤的发生发展。同时，已有研究表明KDM6A除了通过JmjC结构域催化H3K27去甲基化，还通过TPR结构域、IDR区域实现蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction，PPI)，提示KDM6A可能通过独立于去甲基化酶活性的方式参与调节基因组稳定性。然而，KDM6A是如何通过非去甲基化酶活性的方式影响肿瘤的发生与调节基因组稳定性仍不得而知。
本研究首先通过生信分析了解KDM6A表达与DNA损伤途径的相关性，发现其与多种DNA修复相关蛋白如MRE11、RAD50、NBN1、POLH和Ku70呈正相关。为评估KDM6A对于基因组稳定性的影响，作者通过敲低KDM6A，发现肿瘤细胞对于喜树碱(camptothecine，CPT)的敏感性增强、细胞增殖能力受损、细胞凋亡增加、细胞周期受到阻滞，表明KDM6A可能参与调节DNA复制与维持基因组稳定性。
为了进一步探究KDM6A参与调节基因组稳定性的能力是否取决于其组蛋白去甲基化酶的活性，作者构建了野生型(HA-KDM6A)与酶活突变型(KDM6A H1146A)两种KDM6A载体，并将重组后的KDM6A转染至缺乏内源性KDM6A表达的细胞中，发现野生型和酶活突变型KDM6A均能恢复KDM6A缺失造成的CPT敏感、细胞增殖能力受损、细胞凋亡增加、细胞周期阻滞，表明KDM6A可能通过独立于其去甲基化酶活性的方式参与维持基因组的稳定性。
因已有文献报道称KDM6A可通过PPI互作来调节组蛋白修饰与基因转录，本研究尝试探究KDM6A是否也以该方式调节基因组稳定性。为了验证这一假设，作者团队进行了KDM6A的免疫共沉淀实验(co-immunoprecipitation，Co-IP)，并进行质谱分析以鉴定捕获的蛋白质，发现与KDM6A存在互作的蛋白共有591种，包括大量与DNA复制、DDR、细胞周期调节以及SUMO化相关的蛋白。该结果进一步支持KDM6A可能以PPI的方式参与影响DNA复制与基因组稳定性。此外，通过阻断复制叉延伸、EdU掺入和iPOND等实验发现，KDM6A与新生的DNA链存在共定位，并且KDM6A与新生DNA链上的RPA存在互作，影响新生DNA链上Ku70的富集，共同参与维持复制叉的稳定。通过DNA fiber实验，作者发现KDM6A的缺失还显著影响了复制叉的重新启动。上述实验结果均表明，KDM6A在复制应激的情况下被募集到新生DNA链上，通过保护复制叉免于崩溃来维持基因组稳定（图1）。
图1 KDM6A调控DNA复制叉的稳定和重启以维持基因组稳定性
随后，作者发现KDM6A通过招募SND1蛋白定位到复制叉，提高了Ku70、RPA蛋白在复制应激情况下在复制叉处的富集，进而保护复制叉免于崩溃。同时，KDM6A与SND1之间的互作受到KDM6A SUMO化修饰影响。KDM6A SUMO化位点（包括K90A、K719A和K978A）的突变显著减弱了SND1和KDM6A之间的相互作用，表明SUMO化参与了KDM6A-SND1复合物的形成。同时，iPOND实验结果表明，在复制应激情况下，KDM6A-K90A突变细胞中的KDM6A在复制叉处的富集受到损害。此外，KDM6A-K90A突变细胞中复制叉处SND1的募集也减少。综上所述，KDM6A通过自身的SUMO化影响其与SND1的互作。在复制应激的情况下，KDM6A-SND1复合物在复制叉处的定位与富集，影响了Ku70、RPA等蛋白定位于复制叉，维持了复制叉与基因组的稳定。
最后，作者结合临床数据分析，发现缺失SND1的食管鳞状细胞癌(ESCC)对CPT的敏感性显著增加。同时，与缺失KDM6A的ESCC细胞相比，含有KDM6A H101D和P110S、N1156T或D1216N突变的细胞对于CPT的敏感性显著减弱。基于此，作者探究了上述KDM6A突变是否通过影响其与SND1互作，进而增强了对于化疗药物的耐受性。Co-IP结果表明KDM6A H101D和P110S、N1156T和D1216N突变体确实增加了与SND1的相互作用。上述实验结果表明，异常的KDM6A-SND1相互作用导致ESCC化疗耐药（图2）。总而言之，除KDM6A和SND1的已知功能外，本文研究表明KDM6A-SND1相互作用对于ESCC细胞中复制叉的稳定性和化疗耐药是必需的。
图2 KDM6A和SND1协同促进食管鳞状细胞癌对喜树碱的耐药性
专家点评
周圣涛教授：近年来，食管鳞状细胞癌（ESCC）与基因组稳定性之间的关联逐渐受到关注。ESCC的发生往往与遗传变异、环境因素及生活方式密切相关，这些因素可能导致基因组不稳定，进而影响肿瘤的发生发展。尽管目前的治疗方法有所改进，但ESCC的预后依然不佳，部分原因在于基因组的不稳定性可能导致肿瘤细胞对化疗的耐药性。最新研究显示，靶向特定的DNA修复通路和信号通路有望改善ESCC的治疗效果。此外，了解肿瘤细胞如何通过调控基因组稳定性来逃避药物杀伤，也为开发新型治疗策略提供关键线索。这一领域的深入探讨不仅可以阐明ESCC的生物学机制，也为临床治疗提供了新的思路。本文作者通过探究KDM6A如何参与维持基因组稳定性，发现在复制应激的情况下，KDM6A通过与SND1互作，影响Ku70、RPA等蛋白在复制叉上的富集，进而维持复制叉的稳定。此外，KDM6A可通过SUMO化修饰影响其与SND1的互作。而食管鳞状细胞癌患者存在KDM6A的突变，突变后的KDM6A（KDM6A H101D和P110S、N1156T和D1216N）与SND1的互作增强，导致ESCC细胞对于化疗药物的耐受明显提高。综上所述，该研究不仅揭示了KDM6A以不依赖于去甲基化酶活性的方式来维持基因组稳定性，也为后续克服肿瘤化疗耐药提供了潜在的靶点。
周圣涛，教授，博士生导师，四川大学华西第二医院妇科副主任，妇科肿瘤病区主任。入选国家杰青和优青，国家重点研发计划青年首席及重大研究计划首席科学家，四川省学术和技术带头人等。曾获国之名医青年新锐奖、中国肿瘤青年科学家奖、中国青少年科技创新奖等荣誉。担任中华医学会妇科肿瘤分会青委副主任委员。长期从事妇科肿瘤临床、教学及研究工作。近年来以通讯作者身份在 Cancer Discov（封面文章）、Nat Cancer（封面文章）、Sci Adv、Genome Biol、PNAS等高影响力期刊发表多项重要成果。担任Genome Biol, eLife等期刊编委。指导学生获得中国 “互联网+”大学生创新创业大赛全国金奖。
作者心得
本研究发表于核酸研究领域经典期刊Nucleic Acids Research（JCR “生物化学与分子生物学”类313种期刊排名第6位）。该期刊专注于核酸生物学的各个方面，特别是基因表达、基因组修饰、DNA/RNA结构与功能、以及核酸在生物学系统中的作用。文章通过原创性的研究探讨了KDM6A在维持肿瘤基因组稳定性中所起的关键作用，发现KDM6A通过与SND1互作，影响了复制叉与基因组的稳定。同时，发现ESCC患者中存在的KDM6A突变增强了与SND1的互作，使得肿瘤细胞对化疗药物产生耐受。该机制的发现为解决肿瘤化疗耐药提供了潜在的治疗靶点。经过多轮审稿，审稿专家不仅高度评价了该研究的创新性，还提出了许多具有指导意义的修改意见。研究团队仔细推敲，逐一回应了审稿人的意见，使文章在逻辑性、科学性和可读性方面进一步提升，最终获得审稿人和主编的高度认可，成功在Nucleic Acids Research上发表。该研究获得四川大学华西医院学科卓越发展1·3·5工程项目项目和四川省自然科学基金和国家自然科学基金的资助。
通信作者
韩俊宏，四川大学二级教授，博士生导师，“教育部重要人才计划”特聘教授，四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室表观遗传学研究室主任，四川省特聘专家，四川省专家评议委员会成员。担任中国细胞生物学会染色质分会理事、中国遗传学会表观遗传学分会理事、四川省细胞生物学学会副理事长等学术任职。长期从事DNA复制及基因组稳定性维持的分子机制、肿瘤耐药及肿瘤演进的表观遗传学调控研究，在Science、Cell、Nature、Sci Adv、 Gene Dev、PNAS、Signal Transduct Target Ther、Nucleic Acids Res、J Clin Invest、J Biol Chem 等期刊发表论文60余篇，主编/主译英文专著2部，参编专著1部。
第一作者
吴剑，四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室博士研究生，导师为韩俊宏教授。主要研究方向为KDM6A维持肿瘤基因组稳定性的分子机制。以第一作者及共同作者在Nucleic Acids Research，Science Advances等期刊发表多篇论文。
共同第一作者
张琴，四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室博士研究生，导师为韩俊宏教授。主要研究方向为基因组稳定性维持的分子机制。以共同第一作者在Nucleic Acids Research, PNAS，International Journal of Molecular Sciences 等期刊发表多篇论文。
共同第一作者
蒋怡心，四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室博士研究生，导师为韩俊宏教授。主要研究方向为肿瘤基因组稳定性维持的分子机制。以第一作者在Nucleic Acids Research 等期刊发表数篇论文。
团队简介
韩俊宏教授团队长期致力于以临床为导向的基因组稳定性维持、肿瘤耐药及转移的机制研究，主要围绕腹部肿瘤进行攻关，成功建立了关键核心技术体系如基于类器官的药物筛选平台、表观遗传学调控研究平台（包括iPOND、Cut-Tag、ChIP-seq、ATAC-seq等）和腹部肿瘤的动物模型等。科研团队由临床专家、青年研究人员、博士后及博硕士研究生组成，团队共发表60余篇高水平论文，发文期刊包括Science、Cell、Nature、Science Advances, Genes & Development、Signal Transduction and Targeted Therapy、Nucleic Acids Research, Journal of Clinical Investigation、Journal of Biological Chemistry等；获授权专利2项。培养的多名青年人才已成功获得国家自然科学基金青年项目（4项）及中国博士后创新计划（1项）资助，真诚欢迎致力于转化医学研究的青年才俊加盟团队。
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编辑：熊 婉
排版：张洪雪
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华西期刊社简介
四川大学华西医院华西期刊社成立于2006年，出版有14种医学科技期刊（9种中文和5种英文），其中SCI收录期刊2种，ESCI收录期刊2种，EI收录期刊1种、MEDLINE收录期刊4种、CSCD收录期刊7种、北大中文核心期刊要目总览收录期刊6种。华西期刊屡获“中国出版政府奖期刊奖”、“中国百种杰出学术期刊”、“中国精品科技期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等殊荣。1种期刊入选“中国科技期刊卓越行动计划——领军期刊”项目，2种期刊入选“中国科技期刊国际影响力提升计划——D类（现：中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊）”项目。在国家双一流建设背景下华西期刊社加快推进英文期刊建设，目前已与Nature、Wiley-Blackwell、Oxford University Press、BMC等国际一流出版集团建立了合作关系。
