NSMB | 顾伟团队揭示p53靶基因启动子特异性调控的分子机制

p53作为关键的肿瘤抑制蛋白和转录因子，通过调控下游靶基因的表达参与细胞周期阻滞、凋亡、代谢、铁死亡、DNA修复和免疫应答等多种生物学过程【1,2】。尽管所有p53靶基因的启动子均含有保守的p53响应元件（ p53 responsive element, p53RE），但在特定条件下，p53仅选择性激活或抑制部分靶基因【3,4】。这种启动子特异性的调控机制使细胞能够精确响应不同的应激信号，但其背后的分子机制长期以来尚不明确。

2025年6月25日，美国哥伦比亚大学欧文医学中心癌症遗传研究所的 顾伟 教授团队（夏章传副研究员为第一作者）在 Nature Structural & Molecular Biology 杂志上发表了题为 The PURB-HOTAIR complex regulates p53-dependent promoter-specific transcriptional activation 的研究论文 ， 揭示了PURB-HOTAIR复合物在 p53依赖性启动子特异性转录激活 中的关键作用 和 分子机制。

PURB： 受乙酰化状态调控的 p53结合蛋白 以及 启动子特异性 转录 抑制因子

为 寻找 参与启动子特异性调控的潜在p53 辅助 因子 ， 研究团队通过p53相互作用蛋白质组筛选，鉴定出 嘌呤富集元件结合蛋白B ( PURB ) 作为 一 个 新的p53结合蛋白。实验证实，PURB通过其175-210氨基酸区域特异性结合p53的C端结构域（CTD），且这一相互作用严格依赖于p53 CTD的乙酰化状态——未乙酰化的p53 CTD通过带正电的赖氨酸残基与PURB 带负电 的酸性结构域结合，而CBP介导 的p53 乙酰化 修饰 或 乙酰化模拟 突变体 （KQ） 则完全阻断该结合 。 PURB （ 由PURB基因编码 ) 是一种多功能蛋白，最初被鉴定为序列特异性单链DNA结合蛋白，优先结合人类基因组多个启动子侧翼区和复制起点的嘌呤富集元件（PUR）【5,6】。有趣的是，近期研究发现PURB通过其固有RNA结合能力可直接与 长链非编码RNA（ lncRNA ） 相互作用【7,8】。尽管PURB兼具DNA/RNA结合能力，其确切细胞功能仍不清楚。值得注意的是，PURB在多种癌症（ 如 乳腺癌BRCA、食管癌ESCA、胶质母细胞瘤GBM 和 胰腺癌PAAD 等 ）中过表达 。体外实验和 体内 肿瘤 异种移植模型 表明PURB 敲除能以p53依赖性方式抑制癌细胞增殖和肿瘤生长。进一步研究发现，PURB缺失选择性 激活p53经典靶基因 p21的表达，而对 p53蛋白水平以及 PUMA或MDM2等p53 其他主要 靶基因无显著影响，提示 PURB作为启动子特异性 转录 抑制因子发挥作用 。 作者还发现， 虽然DNA损伤后p53蛋白水平整体升高，但伴随 p53 CTD 乙酰化水平增加，p53与PURB的结合几乎完全消失。ChIP实验 表明 ，在 未受刺激 状态下，p53和PURB共同定位于p21启动子区；但在DNA损伤条件下，p21启动子上的PURB 招募 显著减少，而p53的 招募 反而增加。这些结果证明PURB作为p53转录活性的抑制因子，其抑制作用会随着p53 CTD的乙酰化而被解除。

HOTAIR：连接PURB与 表观修饰 的关键桥梁

由于 PURB 是 RNA结合蛋白， 研究团队 推测其可能通过招募lncRNA参与转录调控。 通过CLIP-seq技术，团队 鉴定出多个与 PURB 潜在相互作用的 lncRNA ，如MALAT1, NEAT1, HOTAIR和GAS5等。通过一系列实验， 作者证明 PURB 可以 直接结合这些lncRNA， 而p53不与这些lncRNA直接结合。但 PURB能作为连接p53与lncRNA的分子适配器 ，促成lncRNA与p53形成复合物。

为了探究这些lncRNA是否参与PURB对p53的转录活性调控，作者随后通过反义寡核苷酸（ASO）介导的lncRNA敲低进行功能实验， 发现HOTAIR表现出最强的功能相关性 ，是参与PURB调控p21转录的关键lncRNA。 HOTAIR敲除 显著 上调p21表达 ，该 作用完全依赖PURB和p53的存在 ； 在 PURB或者p53 缺失 的 细胞中，HOTAIR 缺失对p21的 调控作用 消失 。重要的是， 与PURB缺失的表型一致， HOTAIR 缺失 介导的 转录 激活具有启动子特异性且不改变p53蛋白水平：p21表达显著上调，而MDM2或PUMA等其他p53靶 基因 无显著变化 。 这些结果 证明 PURB-HOTAIR复合物在p53靶基因的启动子特异性抑制中起关键作用 。通过RNA纯化染色质分离技术（ChIRP）结合qPCR分析， 作者 证实HOTAIR被选择性招募至p21等p53靶 基因 启动子，但不会被招募至PUMA或MDM2 等 启动子 。 这种招募模式与PURB在这些启动子上的 招募 情况一致 。

HOTAIR由四个独特片段（F1-F4）构成复杂结构【9】。研究团队发现， HOTAIR通过其371-380nt区域的嘌呤富集基序与PURB特异性结 合，同时通过1-300nt 区域独立招募 组蛋白甲基转移酶EZH2【10】，形成PURB-HOTAIR-EZH2 三 元复合物 。该复合物通过催化组蛋白H3K27三甲基化（H3K27me3）建立抑制性染色质环境，从而特异性抑制p21的转录【11】。通过对HOTAIR各种突变体的功能研究发现， HOTAIR的一级 RNA序列 和二级结构对PURB-HOTAIR-EZH2复合物 的组装 均至关重 要。

顺式调控元件PMS决定PURB的靶向招募

通过序列分析工具MEME分析发现 ， p21启动子 上p53RE侧翼序列含有的 独特顺式调控元件PMS （PURB-mediated promoter specific sequence） 对PURB的特异性招募至关重要 。而PUMA和MDM2等启动子则缺乏该元件。ChIP实验表明，PURB仅在p53存在时被特异性招募至p21启动子，而非Mdm2或PUMA启动子。体外实验证实，PURB单独无法有效结合启动子，但与p53共孵育时，PURB被强烈招募至p21启动子，而 不会被招募至 Mdm2启动子 。进一步研究发现p21启动子上p53RE侧翼的 PMS缺失不影响p53结合，但完全消除PURB的招募及其介导的转录抑制。 因此， PMS是PURB特异性结合并抑制p21转录的关键元件。研究发现PURB对多个 除p21以外的 p53靶基因（如GADD45、BTG2、GLS2等）具有调控作用，而 对TNFRSF10B 、 RRM2B 、 PPM1D 等基因 没有 影响。生物信息学分析表明，受PURB调控的启动子均含有类似p21 启动子上的 PMS的顺式调控元件，而 不受 PURB调控的启动子则缺乏该序列。ChIP实验证实PURB仅被招募至含PMS的启动子。这些结果表明，PURB通过识别PMS序列广泛参与p53靶基因的转录抑制，揭示了一种普适性的 由顺式元件介导的 启动子特异性调控机制。

综上所述，此项研究揭示了一个 乙酰化依赖的 顺式元件介导的启动子特异性 动态调控模型 ： 基础状态下，未乙酰化的p53通过CTD结合PURB，后者招募HOTAIR-EZH2复合物至含 有 PMS 顺式元件 的启动子 上 ，抑制靶基因转录。应激条件下（如DNA损伤），p53 CTD乙酰化水平升高，导致PURB解离，复合物解体，从而解除对p53转录活性的抑制，特异性激活p21等靶基因 。该研究 首次阐明 了 PURB-HOTAIR复合物作为分子桥梁协调转录因子与表观修饰酶 ， 协同识别p53乙酰化状态和启动子顺式元件，实现p53靶基因选择性调控的分子机制 。

美国纽约哥伦比亚大学顾伟教授为本研究通讯作者 ，夏章传副研究员 为本研究第一作者。此外，该项工作得到了哥伦比亚大 学 张志国教授的大力支持。

https://www.nature.com/articles/s41594-025-01597-3

制版人：十一

参考文献

1. Boutelle, A.M. & Attardi, L.D. p53 and Tumor Suppression: It Takes a Network.Trends Cell Biol31, 298-310 (2021).

2. Hassin, O. & Oren, M. Drugging p53 in cancer: one protein, many targets.Nat Rev Drug Discov22, 127-144 (2023).

3. Vousden, K.H. & Prives, C. Blinded by the Light: The Growing Complexity of p53.Cell137, 413-31 (2009).

4. Fischer, M. Census and evaluation of p53 target genes.Oncogene36, 3943-3956 (2017).

5. Bergemann, A.D., Ma, Z.W. & Johnson, E.M. Sequence of cDNA comprising the human pur gene and sequence-specific single-stranded-DNA-binding properties of the encoded protein.Mol Cell Biol12, 5673-82 (1992).

6. Johnson, E.M., Daniel, D.C. & Gordon, J. The pur protein family: genetic and structural features in development and disease.J Cell Physiol228, 930-7 (2013).

7. Chang, K.C. et al. MaTAR25 lncRNA regulates the Tensin1 gene to impact breast cancer progression.Nat Commun11, 6438 (2020).

8. Wang, J. et al. The novel long noncoding RNA Lnc19959.2 modulates triglyceride metabolism-associated genes through the interaction with Purb and hnRNPA2B1.Mol Metab37, 100996 (2020).

9. Somarowthu, S. et al. HOTAIR forms an intricate and modular secondary structure.Mol Cell58, 353-61 (2015).

10. Tsai, M.C. et al. Long noncoding RNA as modular scaffold of histone modification complexes.Science329, 689-93 (2010).

11. Gupta, R.A. et al. Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis.Nature 464, 1071-6 (2010).

（可上下滑动阅览）

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推荐