摘要：研究發(fā)現(xiàn)KDM4C通過調(diào)控GRHL2的K453甲基化，激活CTSL介導的組蛋白H3剪切，進而抑制GCLC表達導致氧化應激。
乳腺癌作為高度異質(zhì)性疾病，基底型亞型因其三陰性特征（ER-/PR-/HER2-）和缺乏有效靶點，成為臨床治療難點。盡管表觀遺傳調(diào)控在腫瘤中的作用日益受到關(guān)注，但組蛋白去甲基化酶KDM4家族在乳腺癌中的具體機制仍不明確。尤其令人困惑的是，KDM4C在基底型乳腺癌中頻繁擴增，但其促癌機制與傳統(tǒng)組蛋白去甲基化功能（H3K9me3/H3K36me3）的關(guān)聯(lián)性存在矛盾。這些科學問題促使研究人員探索KDM4C在基底型乳腺癌中非經(jīng)典作用機制。
美國Dana-Farber癌癥研究所等機構(gòu)的研究團隊通過整合多組學分析和功能實驗，首次揭示KDM4C通過調(diào)控CTSL介導的組蛋白H3剪切影響腫瘤氧化還原平衡的全新機制。研究發(fā)現(xiàn)不僅解釋了KDM4C擴增型腫瘤的獨特依賴性，還為靶向表觀遺傳-代謝交叉調(diào)控提供了理論依據(jù)，相關(guān)成果發(fā)表在《Nature Genetics》期刊。
圖1 抑制 KDM4C 可通過促進組織蛋白酶 L 介導的組蛋白 H3 剪切來阻斷基底型乳腺癌的腫瘤生長。研究主要采用CRISPR-Cas9基因編輯構(gòu)建CTSL敲除模型，結(jié)合RNA-seq和ChIP-seq分析轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)狀態(tài)變化，通過質(zhì)譜技術(shù)檢測組蛋白修飾和代謝物變化，并利用患者來源異種移植（PDX）模型驗證治療靶點。此外，采用高通量藥物篩選平臺PRISM評估KDM4抑制劑QC6352的療效。
KDM4C在乳腺癌中的擴增特征與功能
通過TCGA和METABRIC隊列分析發(fā)現(xiàn)KDM4C在基底型乳腺癌中特異性擴增，且與不良預后相關(guān)。體外實驗顯示，KDM4C敲除或抑制劑（ML324/QC6352）處理能顯著抑制KDM4C擴增型細胞系的增殖，而催化活性缺失突變體（KDM4CS198M）無法挽救該表型，證實其促癌作用依賴去甲基化酶活性。值得注意的是，KDM4A/B敲除未產(chǎn)生類似效應，表明KDM4C在基底型乳腺癌中具有獨特功能。
KDM4C阻斷誘導的轉(zhuǎn)錄組與染色質(zhì)重塑
RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)KDM4C抑制主要下調(diào)膽固醇穩(wěn)態(tài)和氧化磷酸化通路，同時激活TGF-β信號。ATAC-seq顯示染色質(zhì)可及性廣泛改變，但H3K9me3/H3K36me3全局水平未見顯著變化。質(zhì)譜分析意外發(fā)現(xiàn)組蛋白H3/H4 N端剪切現(xiàn)象，經(jīng)蛋白酶抑制劑篩選確定CTSL為關(guān)鍵效應分子。免疫印跡證實KDM4C抑制導致H3 C端片段積累，該過程在CTSL敲除細胞中被阻斷。
CTSL的染色質(zhì)招募與激活機制
ChIP-seq揭示CTSL通過GRHL2轉(zhuǎn)錄因子被招募至染色質(zhì)。RIME和質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)KDM4C抑制導致GRHL2 K453單甲基化，而K453R突變體無法激活CTSL。Hi-ChIP證實CTSL介導的組蛋白剪切改變了染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)，這些變化與基因表達抑制顯著相關(guān)。
圖2 KDM4C抑制所致的轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)重塑
代謝重編程與氧化應激的調(diào)控回路
代謝組學顯示KDM4C抑制顯著降低GSH/GSSG水平，伴隨ROS升高。時間進程實驗表明GRHL2甲基化早于ROS升高，提示其作為初始觸發(fā)信號。機制上，CTSL剪切通過抑制GCLC啟動子可及性，阻斷GSH合成通路，形成正反饋循環(huán)增強CTSL活性。
臨床轉(zhuǎn)化價值
研究者構(gòu)建的KDM4C/GSH雙靶向策略在PDX模型中顯示出與順鉑的協(xié)同效應。臨床數(shù)據(jù)分析顯示KDM4C特征與化療耐藥相關(guān)，為精準治療提供了生物標志物。
這項研究突破了傳統(tǒng)表觀遺傳調(diào)控框架，首次闡明KDM4C-CTSL-GCLC軸在基底型乳腺癌中的核心作用。該通路通過整合染色質(zhì)重塑（CTSL介導的H3剪切）、轉(zhuǎn)錄調(diào)控（GRHL2甲基化）和代謝重編程（GSH合成抑制）三重機制，為理解表觀遺傳-代謝交互提供了新范式。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)為KDM4C擴增型乳腺癌的靶向治療開辟了新途徑，特別是針對難治性三陰性乳腺癌的聯(lián)合治療策略具有重要臨床轉(zhuǎn)化價值。
參考資料
[1] KDM4C inhibition blocks tumor growth in basal breast cancer by promoting cathepsin L-mediated histone H3 cleavage
摘要：研究發(fā)現(xiàn)KDM4C通過調(diào)控GRHL2的K453甲基化，激活CTSL介導的組蛋白H3剪切，進而抑制GCLC表達導致氧化應激。
乳腺癌作為高度異質(zhì)性疾病，基底型亞型因其三陰性特征（ER-/PR-/HER2-）和缺乏有效靶點，成為臨床治療難點。盡管表觀遺傳調(diào)控在腫瘤中的作用日益受到關(guān)注，但組蛋白去甲基化酶KDM4家族在乳腺癌中的具體機制仍不明確。尤其令人困惑的是，KDM4C在基底型乳腺癌中頻繁擴增，但其促癌機制與傳統(tǒng)組蛋白去甲基化功能（H3K9me3/H3K36me3）的關(guān)聯(lián)性存在矛盾。這些科學問題促使研究人員探索KDM4C在基底型乳腺癌中非經(jīng)典作用機制。
美國Dana-Farber癌癥研究所等機構(gòu)的研究團隊通過整合多組學分析和功能實驗，首次揭示KDM4C通過調(diào)控CTSL介導的組蛋白H3剪切影響腫瘤氧化還原平衡的全新機制。研究發(fā)現(xiàn)不僅解釋了KDM4C擴增型腫瘤的獨特依賴性，還為靶向表觀遺傳-代謝交叉調(diào)控提供了理論依據(jù)，相關(guān)成果發(fā)表在《Nature Genetics》期刊。
圖1 抑制 KDM4C 可通過促進組織蛋白酶 L 介導的組蛋白 H3 剪切來阻斷基底型乳腺癌的腫瘤生長。研究主要采用CRISPR-Cas9基因編輯構(gòu)建CTSL敲除模型，結(jié)合RNA-seq和ChIP-seq分析轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)狀態(tài)變化，通過質(zhì)譜技術(shù)檢測組蛋白修飾和代謝物變化，并利用患者來源異種移植（PDX）模型驗證治療靶點。此外，采用高通量藥物篩選平臺PRISM評估KDM4抑制劑QC6352的療效。
KDM4C在乳腺癌中的擴增特征與功能
通過TCGA和METABRIC隊列分析發(fā)現(xiàn)KDM4C在基底型乳腺癌中特異性擴增，且與不良預后相關(guān)。體外實驗顯示，KDM4C敲除或抑制劑（ML324/QC6352）處理能顯著抑制KDM4C擴增型細胞系的增殖，而催化活性缺失突變體（KDM4CS198M）無法挽救該表型，證實其促癌作用依賴去甲基化酶活性。值得注意的是，KDM4A/B敲除未產(chǎn)生類似效應，表明KDM4C在基底型乳腺癌中具有獨特功能。
KDM4C阻斷誘導的轉(zhuǎn)錄組與染色質(zhì)重塑
RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)KDM4C抑制主要下調(diào)膽固醇穩(wěn)態(tài)和氧化磷酸化通路，同時激活TGF-β信號。ATAC-seq顯示染色質(zhì)可及性廣泛改變，但H3K9me3/H3K36me3全局水平未見顯著變化。質(zhì)譜分析意外發(fā)現(xiàn)組蛋白H3/H4 N端剪切現(xiàn)象，經(jīng)蛋白酶抑制劑篩選確定CTSL為關(guān)鍵效應分子。免疫印跡證實KDM4C抑制導致H3 C端片段積累，該過程在CTSL敲除細胞中被阻斷。
CTSL的染色質(zhì)招募與激活機制
ChIP-seq揭示CTSL通過GRHL2轉(zhuǎn)錄因子被招募至染色質(zhì)。RIME和質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)KDM4C抑制導致GRHL2 K453單甲基化，而K453R突變體無法激活CTSL。Hi-ChIP證實CTSL介導的組蛋白剪切改變了染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)，這些變化與基因表達抑制顯著相關(guān)。
圖2 KDM4C抑制所致的轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)重塑
代謝重編程與氧化應激的調(diào)控回路
代謝組學顯示KDM4C抑制顯著降低GSH/GSSG水平，伴隨ROS升高。時間進程實驗表明GRHL2甲基化早于ROS升高，提示其作為初始觸發(fā)信號。機制上，CTSL剪切通過抑制GCLC啟動子可及性，阻斷GSH合成通路，形成正反饋循環(huán)增強CTSL活性。
臨床轉(zhuǎn)化價值
研究者構(gòu)建的KDM4C/GSH雙靶向策略在PDX模型中顯示出與順鉑的協(xié)同效應。臨床數(shù)據(jù)分析顯示KDM4C特征與化療耐藥相關(guān)，為精準治療提供了生物標志物。
這項研究突破了傳統(tǒng)表觀遺傳調(diào)控框架，首次闡明KDM4C-CTSL-GCLC軸在基底型乳腺癌中的核心作用。該通路通過整合染色質(zhì)重塑（CTSL介導的H3剪切）、轉(zhuǎn)錄調(diào)控（GRHL2甲基化）和代謝重編程（GSH合成抑制）三重機制，為理解表觀遺傳-代謝交互提供了新范式。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)為KDM4C擴增型乳腺癌的靶向治療開辟了新途徑，特別是針對難治性三陰性乳腺癌的聯(lián)合治療策略具有重要臨床轉(zhuǎn)化價值。
參考資料
[1] KDM4C inhibition blocks tumor growth in basal breast cancer by promoting cathepsin L-mediated histone H3 cleavage
