滑膜肉瘤是一种罕见的、好发于青少年和青年人中的软组织恶性肿瘤，已有证据表明90%以上的滑膜肉瘤都存在染色体易位导致的融合癌蛋白SS18-SSX的形成【1】。迄今为止，SS18-SSX被认为通过与SS18竞争结合染色质重塑复合物来发挥关键的致癌作用【2，3】，但相互作用的结构细节缺乏。同时，长期以来对于SS18-SSX融合基因的研究都发现，SS18-SSX融合蛋白在细胞内形成斑点（puncta）聚集现象【4】，这现象对于其功能的发挥是否有重要作用，目前不明确。
2022年5月18日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室、生命科学学院龙加福/周浩课题组在Nature Communications杂志上在线发表题为Phase transition and remodeling complex assembly are important for SS18-SSX oncogenic activity in synovial sarcomas的研究论文，文章综合利用生物化学、结构生物学和细胞生物学的技术，揭示了SS18-SSX结合染色质重塑复合物的结构基础并阐释了致癌融合蛋白SS18-SSX如何通过相分离促进细胞恶性转化的机制。
该项研究报道了人源BRG1/SS18 (SS18-SSX1) 复合物的晶体结构。结构显示无论是SS18还是SS18-SSX1都是通过其SNH结构域结合染色质重塑BAF复合物中的ATPase活性亚基BRG1，进而整合进入BAF复合物中的。进一步，通过解析酿酒酵母SNF11/SNF2复合物的晶体结构，作者发现人源SS18/BRG1和酵母源SNF11/SNF2亚复合物异二聚体结构模型具有高度的相似性(图1)，这暗示酵母源SNF11蛋白很有可能是染色质重塑复合物中人源SS18的同源蛋白。
图1. 人源BRG1-SS18复合物和酵母源SNF11/SNF2复合物结构模型比对
尽管SS18蛋白和SNF11蛋白具有结合重塑复合物的类似模式和一定程度的保守性，然而，有趣的是，作者发现与SNF11相比，SS18或SS18-SSX蛋白的C端均含有一个富含谷氨酰胺、脯氨酸、甘氨酸和酪氨酸的结构域（图2）。该QPGY结构域是低复杂度结构域（low complexity domain, LCD）。
图2. 蛋白质氨基酸序列的内在无序区域预测分析
后续的研究结果表明QPGY结构域的自结合是介导SS18或SS18-SSX1在体内和体外发生液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）的关键因素，并且染色质重塑复合物中的ATPase亚基BRG1可以通过与SS18或SS18-SSX1之间的特异性相互作用被募集到相分离的凝聚物中。此外，QPGY结构域中保守的酪氨酸残基在SS18或SS18-SSX1的相分离过程中起决定性的作用，将QPGY结构域保守的酪氨酸残基突变为丝氨酸后，极大程度的削弱了SS18 (Y21S) 或SS18-SSX1 (Y19S) 的相分离。最后，作者通过在小鼠胚胎成纤维细胞系NIH3T3中稳定表达SS18-SSX1及其突变体，探究致癌融合蛋白的相分离是如何影响细胞恶性转化的。结果表明，无论是破坏相分离的突变体SS18-SSX1 (Y19S)，还是打破结合BRG1的突变体SS18-SSX1 (3M)，都会严重影响NIH3T3细胞的增殖能力、平板克隆形成能力以及细胞的迁移和侵袭能力（图3）。
图3（左：滑膜肉瘤HS-SY-II细胞中SS18-SSX融合蛋白及其突变体与BRG1的共定位实验；右：稳定过表达SS18-SSX1及其突变体的NIH3T3细胞系的克隆形成、细胞迁移和侵袭实验）
综上，这些数据清楚地表明不同于酿酒酵母中的SNF11蛋白，人源SS18蛋白在进化过程中获得了相分离的新功能（如调控小鼠胚胎干细胞多能性细胞-体细胞转变【5】），并且SS18-SSX通过相分离募集染色质重塑复合物，有助于滑膜肉瘤中致癌基因SS18-SSX的转化活性，这些研究为滑膜肉瘤疾病的治疗提供了新的方向（图4）。
图4 滑膜肉瘤融合癌蛋白SS18-SSX通过相分离募集染色质重塑复合物推动细胞恶性转化的机制模型
该成果由南开大学药物化学生物学国家重点实验室、生命科学学院龙加福教授团队完成，龙加福教授和周浩副教授是该论文共同通讯作者，龙加福教授实验室的2017级博士研究生程艳丽为论文第一作者。
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30447-9
制版人：十一
参考文献
1. NIELSEN T O, POULIN N M, LADANYI M. Synovial sarcoma: recent discoveries as a roadmap to new avenues for therapy [J].Cancer Discov, 2015, 5(2): 124-34.
2. KADOCH C, CRABTREE G R. Reversible disruption of mSWI/SNF (BAF) complexes by the SS18-SSX oncogenic fusion in synovial sarcoma [J].Cell, 2013, 153(1): 71-85.
3. MCBRIDE M J, PULICE J L, BEIRD H C, et al. The SS18-SSX Fusion Oncoprotein Hijacks BAF Complex Targeting and Function to Drive Synovial Sarcoma [J].Cancer Cell, 2018, 33(6): 1128-41 e7.
4. DOS SANTOS N R, DE BRUIJN D R, BALEMANS M, et al. Nuclear localization of SYT, SSX and the synovial sarcoma-associated SYT-SSX fusion proteins [J].Hum Mol Genet, 1997, 6(9): 1549-58.
5. KUANG J, ZHAI Z, LI P, et al. SS18 regulates pluripotent-somatic transition through phase separation [J].Nat Commun, 2021, 12(1): 4090.
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。