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基因的表达依赖于转录激活因子和转录辅助因子的参与，这一过程为通过调控基因表达来治疗疾病提供了有前途的策略。在这些辅助因子中，一种具有bromodomain（BD）与extraterminal （ET）结构域（BET）的家族蛋白质起到了关键作用，包括BRD2、BRD3、BRD4和BRDT。这类蛋白可以通过bromodomain（BD1和BD2）特异性地识别染色质的乙酰化标记从而调控基因表达，因此被视为基因表观调控的重要分子。
BET蛋白的BD结构域在基因调控中发挥着两个重要作用。首先，它们通过与乙酰化组蛋白的结合，帮助将BET蛋白招募到基因的增强子和启动子区域，促进基因的激活。其次，BD结构域还通过一种特殊的组蛋白伴侣活性，促进基因的转录延长过程。此外，BET蛋白的ET结构域，能与多种转录调控因子结合，进而进一步影响基因的表达。在这些蛋白中，BRD4因其支持癌基因MYC的转录表达而备受关注。大家长期认为它通过结合乙酰化组蛋白，招募正性转录延长因子（P-TEFb），促进癌基因的持续表达。
BET抑制剂（BETi）通过与BD结构域竞争性结合，阻断BET蛋白与染色质的相互作用，进而抑制癌基因的转录。这类抑制剂在多种癌症中显示出很强的抗肿瘤活性，尤其是抑制像MYC这样的致癌基因。然而，临床试验表明，对于雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌患者，BET抑制剂并未显示出显著疗效。雌激素受体（ER）通过激活癌基因（如MYC和CCND1）的转录，促进肿瘤生长，因此对ER+乳腺癌患者而言，ER扮演了关键角色。尽管近年医学界在ER+乳腺癌治疗方面取得了一些进展，但治疗耐药性仍然是一个重大挑战，尤其是对于高风险患者，他们往往面临有限的治疗选择和较差的预后。而对于这些患者，BET抑制剂一度被寄予厚望。
2024年9月9日，洛克菲勒大学Robert G. Roeder博士 (Arnold and Mabel Beckman Professor) 和张思聪博士（research associate）在Nature Structural & Molecular Biology上发表了文章Resistance of estrogen receptor function to BET bromodomain inhibition is mediated by transcriptional coactivator cooperativity。该研究揭示了一个重要机制：在ER+乳腺癌中，尽管BET抑制剂能够抑制一些基因的表达，但MYC等关键癌基因的转录却依然活跃。这并非是由于乳腺癌细胞对BET抑制剂的演化适应，而是因为他们有一种与生俱来的转录机制——BRD4可以通过不依赖于BD结构域的机制，与其他转录辅助因子相互作用，继续激活这些癌基因。这一发现解释了BET抑制剂在ER+乳腺癌患者中疗效有限的原因。
研究人员首先仔细比较了使用BET抑制剂与去除BET蛋白后对转录的影响，并发现MYC等基因的转录依赖于BET蛋白而非BD结构域的功能。由于目前对哪一个BET蛋白参与ER介导的转录调控尚有争议，研究人员比较了所有BET蛋白的功能。研究人员发现，只有BRD4可以通过不依赖于BD结构域激活MYC与其他癌基因的转录。将BRD4从细胞中去除后，BET抑制剂的抗癌作用显著增强。通过生化手段，发现BRD4能够与Mediator蛋白复合物结合，这个复合物在基因转录过程中发挥着至关重要的调控作用并与ER直接结合。当利用细胞编辑的手段干扰Mediator的功能时，BRD4在基因增强子上的结合显著下降。由于BRD4与Mediator的结合不依赖于BD，研究人员发现了一种新的BRD4的招募途径。
此外，通过研究人员发明的一种专门分析RNA聚合酶II（Pol II）及其相关因子作用的方法——mass spectrometry with DTME crosslinking (MSDC)，发现了BET蛋白通过促进Pol II与转录延长因子（如SPT5、SPT6，PAF1复合物）相互作用，促进基因的转录延长过程。而且这些延长因子的与BET蛋白的作用也不依赖于BD结构域。不过，BET蛋白并并不参与招募P-TEFb。相反，BET蛋白被去除后，P-TEFb在一些基因区域的结合甚至有所增加。因此，我们阐明了BET蛋白如何在不依赖于BD的情况下促进转录延长。
该研究发现对理解ER驱动的基因调控机制具有重要意义。这不仅有助于揭示BET蛋白在癌症中的复杂作用机制，尤其是其在没有BD结构域参与下的关键功能，也为未来开发新型抗癌疗法提供了新的方向。通过更深入地研究这些机制，我们有望克服现有内分泌疗法的抗药性，改善包括乳腺癌在内的多种癌症的治疗效果。
这项工作是由张思聪博士（research associate）在洛克菲勒大学由Robert G. Roeder博士 (Arnold and Mabel Beckman Professor) 领导的生物化学与分子生物学实验室完成。张思聪与Robert G. Roeder博士同为通讯作者。
https://www.nature.com/articles/s41594-024-01384-6
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