【Nature子刊】国外学者发文：肿瘤新的生物标记物

【导读】SETD8是一种在几种癌症中过度表达的甲基转移酶，它使H4K20和其他非组蛋白靶点(如PCNA或p53)单甲基化。

9月28日，西班牙国立癌症研究中心研究人员在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“SETD8 inhibition targets cancer cells with increased rates of ribosome biogenesis”， 本研究中，研究人员报告了新型SETD8抑制剂，它们是在试图识别能够阻止53BP1焦点形成的化学物质时被发现的，而53BP1焦点的形成是由H4K20甲基化介导的。与之前的报告一致，SETD8抑制剂能够诱导p53表达，尽管它们对p53功能正常的细胞和缺乏的细胞同样有毒。热稳定性蛋白质组学揭示，这些化合物对核仁有特殊的影响，这一结论也得到了荧光显微镜和电子显微镜的证实。同样，Setd8敲除产生了核仁应激，并影响了核糖体的生成，这表明SETD8抑制剂对核仁的作用是其主要的药效靶点。此外，全基因组CRISPR筛选发现，调节SETD8抑制剂毒性的基因中富集了核仁因子。因此，SETD8抑制剂的毒性与MYC或mTOR活性（核糖体生物生成的关键调节因子）相关。总之，本研究提供了一类SETD8抑制剂和一种识别最有可能对该疗法产生响应的肿瘤的新型生物标志物。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07106-6#Sec2

背景知识

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癌症基因组测序工作揭示，肿瘤细胞中存在的许多驱动突变发生在与染色质调控相关的基因上。这些发现激发了开发靶向表观遗传调节剂（“表观遗传药物”）的热情，如今表观遗传学已成为癌症治疗领域非常活跃的领域。针对表观遗传调节剂治疗癌症的初步证据来自DNA甲基转移酶（DNMT）抑制剂5-阿扎胞苷（5-Aza），该药物在1976年的临床试验中就被证明对急性髓细胞白血病（AML）有效。其他成功的例子还包括组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂，已被批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤，以及组蛋白甲基转移酶EZH2抑制剂，已被批准用于治疗罕见的软组织肉瘤和滤泡性淋巴瘤。

SETD8（也称为KMT5A、PR-SET7或SET8）是SET（Su(var)、Enhancer of zeste、Trithorax）家族的组蛋白甲基转移酶的一部分，是唯一能够催化组蛋白H4赖氨酸20（H4K20me1）甲基化的酶。这种组蛋白修饰之前被认为与一系列细胞功能有关，如染色质压缩、转录、有丝分裂或DNA修复。在基因组完整性方面，SETD8对于招募53BP1至DNA双链断裂（DSB）位点至关重要，这是通过其TUDOR域与甲基化的H4K20结合实现的。此外，SETD8对PCNA赖氨酸的甲基化调节其稳定性，SETD8抑制可降低这种因子的水平，该因子在DNA复制和修复中发挥着关键作用。值得注意的是，SETD8还介导p53（p53K382me1）的甲基化，使其被降解，SETD8抑制已被提出通过p53依赖的细胞凋亡杀死癌细胞。

C23是一种SETD8抑制剂

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在进行DNA修复分析时，研究人员注意到C23还限制了细胞增殖，而这一作用不能由53BP1介导，因为该因子对于DNA复制和细胞生长并非必需。相反，C23导致DNA复制剂量依赖性地减少，这一结果通过量化EdU的掺入来评估，在53BP1+/+和53BP1−/−小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中均观察到了这一现象。这些结果表明，C23通过间接作用抑制53BP1招募至DNA断裂位点。

最初的虚拟筛选方法旨在识别除53BP1以外的其他靶点上的H4K20结合位点的竞争性结合物。基于此，研究人员推测该药物可能在抑制SETD8，这是一种负责H4K20单甲基化的甲基转移酶，并且其结合位点与虚拟筛选中使用的位点结构相似。这种靶点可能有助于解释C23对DNA复制的影响，因为SETD8已被证明通过对PCNA等非组蛋白因子的甲基化参与DNA复制。为了支持这一观点，在U2OS细胞中，带有HA标签的SETD8（SETD8HA）与PCNA共定位。此外，C23对DNA复制的影响与广泛使用的SETD8抑制剂UNC0 379观察到的效果相似。在U2OS细胞中，用10 Gy的IR诱导53BP1焦点时，UNC0 379和C23的类似效应的定量也显示了类似的效果。除了DNA复制外，与SETD8缺乏相关的另一个表型是多倍体细胞和G2期停滞细胞的积累，这些细胞是由有丝分裂期间的分离问题引起的。与此相符的是，流式细胞术分析显示，C23或UCN0379治疗后，细胞DNA含量逐渐积累，出现G2期阻滞和多倍体细胞。

C23能够模拟SETD8抑制剂UCN0379对DNA复制的影响

鉴于C23的作用与底物竞争性SETD8抑制剂UNC0379的作用相似，研究人员假设C23可能阻止SETD8与染色质的相互作用。与此一致，分离实验表明，C23和UNC0379导致染色质结合SETD8的剂量依赖性减少，这一效应也可以通过对染色质结合SETD8GFP的HTM依赖性定量观察到。此外，通过WB评估，两种化合物降低H4K20me1水平的程度相似。为了具体分析H4的新甲基化，研究人员首先用1 mM羟基脲(HU)处理U2OS 24小时，使其基础H4K20me1水平下降。利用这一途径HTM依赖的H4K20me1水平定量证实了C23在抑制H4K20新发甲基化方面的剂量-反应效应。最后，研究人员使用了已发表的UNC0379衍生物(MS2177)与SETD8结合的结构。事实上，研究中发现的化学序列与UNC0379化学序列共享一个中心喹啉部分，这凸显了该区域在介导与SETD8结合方面的关键作用。综上所述，这些数据表明C23是SETD8的一种新型化学抑制剂。

研究小结

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综上，本文报告了研究人员发现的一类新的SETD8抑制剂，并提供了机制分析，表明该疗法对核糖体生物发生率高的肿瘤(如MYC癌基因驱动的肿瘤)特别有效。

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07106-6#Sec2

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