这妥妥就是别人家博士生的论文！看完这北京大学17.3分的Nature子刊，做的是cGAS表观重编程，让我觉得真不错……

今日这篇发表于 Nature 子刊的论文，出自北京大学深圳医院，该期刊为 Nature cell biology，影响因子高达 17.3 分。单看文章标题 “cGAS 的表观遗传重编程”，便颇具吸引力。众所周知，cGAS - STING 信号通路在免疫和炎症反应中极为常见（ cGAS - STING 信号通路由双链 DNA 激活，频繁出现在诸多免疫细胞的研究之中，如果对cGAS-STING信号通路不了解，可查阅《信号通路是什么鬼？》系列内容 ）。然而，此篇论文对 cGAS 的研究并非聚焦于其通过激活 STING 所产生的直接作用，而是围绕表观代谢的变化展开：

首先需明确，cGAS 的功能并不局限于 cGAS - STING 信号通路。cGAS 能够与组蛋白结合，并被募集至染色质上，进而形成 ccGAS。此时的 ccGAS 不再具备 cGAS 二聚体的活性，也就无法对 STING 信号通路产生影响。不过，关于 ccGAS 的具体作用机制尚未明晰，故而研究人员试图探究 ccGAS 究竟发挥着怎样的作用（ 这其实就是对于已知的ccGAS信息的总结，并在已知信息的基础上，提出假设，假设是一篇文章推进的关键，通过对假设命题的验证，展开研究，不清楚假设的话，可以去看看《科研的推理和逻辑》和《信号通路是什么鬼？》系列 ）。第一步，他们要确定 ccGAS 形成的上游机制。研究人员运用 FRET 能量共振转移技术，用以锚定组蛋白与 cGAS 的结合情况。原理是在组蛋白与 cGAS 结合时会产生荧光，随后借助高通量的抑制剂进行筛选，旨在找出能够阻断组蛋白与 cGAS 结合的蛋白抑制剂。经筛选发现，PI3K 以及 mTOR 的抑制剂能够有效阻断 cGAS - 组蛋白的结合：

mTOR 处于 PI3K 的下游（ PI3K - AKT 信号通路与 mTOR 信号通路的紧密关联自不必说，这两条信号通路之间存在激活反馈机制，可简单理解为 PI3K→mTOR。mTOR 信号通路激活状态下存在两个复合体，即 mTORC1 和 mTORC2。若对这些信号通路不熟悉，可参考《信号通路是什么鬼？》系列 ）。基于此，研究人员进一步深入分析 mTOR 信号通路对 cGAS - 组蛋白结合的影响。熟悉 mTOR 信号通路的人应当知晓，mTOR 的活性结构复合体分为 mTORC1 和 mTORC2 两组。通过分别敲减这两个复合体上的亚基，研究人员发现 mTORC2 是促进 cGAS - 组蛋白结合的关键因素。mTORC2 能够激活底物磷酸化，于是研究人员着手分析 cGAS 可能被 mTORC2 磷酸化的位点。结果显示，激活状态下的 mTORC2 能够直接对 cGAS 的 Ser37 位点进行磷酸化：
为确定 cGAS 的 Ser37 位点磷酸化对其染色质定位的重要性，研究人员构建了两种 cGAS 的突变体，分别为 S37D 和 S37A（ S37D 模拟磷酸化状态，S37A 模拟去磷酸化状态。通过这种方式来验证 cGAS 特定的磷酸化是否与它和染色质的结合直接相关。之所以不直接敲除 mTORC2，是因为这会导致肯定后件的逻辑谬误。若不明白肯定后件的概念，可查阅《列文虎克读文献》和《信号通路是什么鬼？》系列 ）。实验结果表明，mTORC2 介导的 cGAS 的 Ser37 位点磷酸化，对于 cGAS 的染色质定位起着至关重要的作用。

既然 cGAS 定位到染色质上形成了 ccGAS，那么 ccGAS 会与哪些蛋白发生相互作用呢？研究人员进而对与 ccGAS 互作的蛋白展开分析，结果发现 SWI/SNF 复合体的亚基在 ccGAS 互作蛋白中呈现富集状态。这意味着 ccGAS 能够招募 SWI/SNF 复合体蛋白。紧接着，研究人员思考 ccGAS 是否会优先出现在某些基因的启动子附近。为此，他们采用 CUT&Tag 分析技术，用以确定 ccGAS 结合的附近 DNA。经富集分析发现，ccGAS 结合的启动子位置基因与细胞周期调节和氨基酸代谢相关：
也就是说，ccGAS 会在特定染色质区域募集 SWI/SNF，从而以表观遗传的方式正向调节 DNA 复制蛋白的表达。除了正向调控，必然存在负向调控。研究人员发现，ccGAS 还会对 CRC（结直肠癌细胞）中 KGA 的表达产生负调控作用。鉴于 DNA 复制和氨基酸代谢是肿瘤细胞生存所必需的过程，研究人员推测 ccGAS 敲减可能会对肿瘤细胞增殖产生影响。但他们并未简单地直接敲除 cGAS，而是在敲减 cGAS 后，通过回复表达 cGAS 的 S37D 和 S37A 突变体来进行验证（ 这部分验证其实挺有意思，通过回复表达突变体，可以分析S37的磷酸化对于cGAS的功能影响，以此避免直接敲除cGAS或过表达cGAS的肯定后件的逻辑谬误，不清楚肯定后就逻辑谬误的话，可以去看看《科研的推理和逻辑》、《列文虎克读文献》和《信号通路是什么鬼？》系列 ），以此分析 cGAS 与组蛋白结合对肿瘤表型的影响。同时，为排除 cGAS 可能激活 STING 信号通路所带来的干扰，研究人员还使用了 STING 的激活剂。最终结果表明，cGAS 与染色质的结合能够影响肿瘤增殖和细胞周期，且该影响并非源于 cGAS - STING 信号通路：

与此同时，研究人员还发现，虽然敲减 cGAS 或抑制 cGAS 与染色质的结合会使肿瘤细胞的增殖以及细胞周期停滞，但却能够提高肿瘤细胞的化疗耐药性。而这一过程受到 mTORC2 的调控（ 研究人员使用抑制剂抑制 mTORC2，然后在敲减 cGAS 的细胞中过表达 cGAS S37D，成功恢复了肿瘤细胞的化疗敏感性。这一操作避免了直接抑制 mTORC2 所导致的肯定后件逻辑谬误，明确了 mTORC2 对 cGAS 的磷酸化功能影响着化疗敏感性。若不理解肯定后件的逻辑问题，可查阅《列文虎克读文献》和《信号通路是什么鬼？》系列 ）。

前文提及 ccGAS 对基因的负调控作用时，曾指出 ccGAS 能够负调控 KGA，KGA 即肾型谷氨酰胺酶。研究人员假设 ccGAS 敲减后 KGA 的高表达可能与 CRC 细胞的化疗耐药相关，于是使用 KGA 的抑制剂 BPTES（乙基硫醚）进行验证。结果显示，通过抑制剂抑制 KGA，能够恢复小鼠中因 ccGAS 缺乏所诱导的化疗耐药性：

同样，使用 BPTES 靶向抑制 KGA 的表达，能够在 cGAS 与染色质结合缺陷的小鼠中，恢复 CRC 细胞的化疗敏感性：

最终，研究人员构建出如下示意图：由于 PI3K→mTORC2 激活了 cGAS 的 Ser37 位点磷酸化，致使 cGAS 被招募至特定的染色质区域，并与 SWI/SNF 复合体结合，从表观遗传学角度正向调控与 DNA 复制、细胞周期调节和氨基酸代谢相关的基因表达，同时负调控 KGA。缺失 ccGAS 会导致 KGA 高表达，进而引发化疗耐药。而通过药理抑制 KGA，能够使 cGAS 缺失所导致的化疗耐药恢复为化疗敏感性：

作为 Nature 的子刊，这篇文章的研究质量毋庸置疑。在整个验证过程中，研究人员的操作极为严谨。尤其是对 cGAS 被 mTORC2 磷酸化的 Ser37 位点，及其对 cGAS 与染色质结合的关键性，还有对化疗耐药 / 敏感表型的影响验证方面，相较于众多文献，有着显著的优势。好了，今日的分享就到此为止。若感兴趣，可阅读原文，愿大家在科研探索中保持敏锐，收获满满。

（ 本文为夏老师个人观点，仅讨论文章本身，对超出文章以外的内容并不多做评价，如有异意，欢迎在评论区讨论 ）

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