今天看的这篇Nature子刊，是北京大学深圳医院发表在17.3分的Nature子刊Nature cell biology上的。这篇文章看标题就挺有意思，cGAS的表观遗传重编程。大家都知道cGAS-STING信号通路（这个信号通路在免疫和炎症反应中都十分常见，通过双链DNA激活，在很多免疫细胞研究中出现频率比较高，不清楚的话可以去看看《信号通路是什么鬼？》系列），但这里对于cGAS的研究却并不是通过激活STING直接导致的，而是对于表观代谢的变化研究：
首先，要知道cGAS的功能肯定不是局限在cGAS-STING信号通路的，cGAS也可以结合组蛋白，被募集到染色质上，形成ccGAS。这样的ccGAS不会再形成cGAS二聚体的活性，也就是无法再影响STING信号通路。但这种ccGAS的机制还没有研究，所以他们就想看看这ccGAS到底有啥作用。首先要确定ccGAS形成的上游，他们用了一个FRET能量共振转移，来锚定组蛋白和cGAS的结合。也就是说组蛋白和cGAS的情况下会产生荧光，然后使用高通量的抑制剂进行筛选，看看那种蛋白抑制剂能阻断组蛋白和cGAS的结合。通过筛选，他们发现PI3K以及mTOR的抑制剂，能有效阻断cGAS-组蛋白的结合：
mTOR位于PI3K的下游（PI3K-AKT信号通路和mTOR信号通路其实不用多说了，这两个信号通路之间其实也存在着激活反馈的机制，所以可以看做是PI3K→mTOR，而mTOR信号通路激活状态有两个复合体，mTORC1和mTORC2，不熟悉这些信号通路的话，可以去看看《信号通路是什么鬼？》系列），所以他们进一步分析的话，就是要研究mTOR信号通路对于cGAS-组蛋白的结合的影响。熟悉mTOR信号通路的话，应该会记得，mTOR的活性结构复合体，分成了两组，一个是mTORC1另一个是mTORC2。他们通过对这两个复合体上亚基的分别敲减，发现mTORC2是促进cGAS-组蛋白结合的关键。mTORC2是可以激活底物磷酸化的，于是他们分析了具体是cGAS可能被mTORC2磷酸化的位点，结果发现激活了的mTORC2可以直接对cGAS的Ser37位点进行磷酸化：
为了确定cGAS的Ser37位点的磷酸化对于cGAS的染色质定位的重要性，他们就做了两种cGAS的突变，S37D和S37A（一个模拟磷酸化，一个模拟去磷酸化，通过这样的验证可以锁定cGAS具体的磷酸化对于其与染色质结合是否直接相关，如果直接敲除mTORC2则会导致肯定后件的逻辑谬误，不清楚肯定后件的话可以看看《科研的推理和逻辑：从实验台到咖啡桌》《列文虎克读文献》和《信号通路是什么鬼？》系列）。结果发现，mTORC2介导的cGAS的Ser37位点磷酸化，对于cGAS-染色质定位至关重要。
那么既然cGAS定位到染色质，其实也就形成了ccGAS，那么这个ccGAS是能与什么样的蛋白进行互作呢？他们就又分析了与ccGAS互作的蛋白，其中SWI/SNF复合体的亚基，在ccGAS互作蛋白中得到了富集。也就是说ccGAS能招募SWI/SNF复合体蛋白。那么ccGAS是否会优先出现在某些基因的启动子附近呢？他们又进行了CUT&Tag分析，来确定ccGAS结合附近的DNA，通过富集他们发现ccGAS结合的启动子位置基因与细胞周期调节和氨基酸代谢有关：
也就是说，ccGAS会在特定染色质区域募集SWI/SNF，从而以正向调节DNA复制蛋白的表达。那除了正向调控，也肯定有负调控，他们发现ccGAS也会负调控CRC（结直肠癌细胞）中KGA的表达。由于DNA复制和氨基酸代谢是肿瘤细胞必须的，所以他们假设ccGAS敲减可能会影响肿瘤细胞增殖。但是他们并没有简单粗暴地敲除cGAS，而是在敲减了cGAS后通过回复表达cGAS的S37D和S37A突变体来进行验证，分析cGAS结合组蛋白对于肿瘤表型的影响。同时为了排除cGAS可能会激活STING信号通路，他们还使用了STING的激活剂。结果表明cGAS与染色质的结合能影响肿瘤增殖和细胞周期，而并非是cGAS-STING信号通路：
同时他们也发现，虽然使得肿瘤细胞的增殖以及细胞周期停滞，但敲减cGAS或者抑制cGAS与染色质的结合，可以提高肿瘤细胞的化疗耐药性。而这个过程，也是受到mTORC2的调控的（他们使用抑制剂抑制mTORC2，然后在敲减了cGAS的细胞中过表达cGAS S37D，回复了肿瘤细胞的化疗敏感性，这就避免了直接抑制mTORC2导致的肯定后件的逻辑谬误，而是确定了mTORC2对于cGAS的磷酸化功能影响了化疗敏感，不清楚肯定后件的话，可以去看看《科研的推理和逻辑：从实验台到咖啡桌》《列文虎克读文献》和《信号通路是什么鬼？》系列）。
之前提到ccGAS负调控基因的时候，提到了ccGAS能负调控KGA，KGA是肾型谷氨酰胺酶。他们假设ccGAS敲减后高表达的KGA可能会与CRC细胞的化疗耐药有关，于是他们就使用了KGA的抑制剂BPTES（乙基硫醚）来进行了验证，结果发现通过抑制剂抑制KGA，可以回复小鼠中ccGAS缺乏诱导的化疗耐药性：
同样，使用BPTES靶向KGA的表达，可以在cGAS与染色质结合缺陷的小鼠中，恢复CRC细胞的化疗敏感性：
最后他们就形成了这样的示意图，由于PI3K→mTORC2激活了cGAS的Ser37位点的磷酸化，导致了cGAS被招募到特定的染色质区域，并结合SWI/SNF复合体，从表观的形式上正调控了DNA复制、细胞周期调节和氨基酸代谢有关的基因表达，同时负调控了KGA。缺失ccGAS，会导致KGA的高表达，并引发化疗耐药。通过药理抑制KGA，可以使得cGAS缺失后的化疗耐药恢复化疗敏感性：
这篇文章作为Nature的子刊是没话说的，在验证过程中也都相当严谨，特别是验证了cGAS被mTORC2磷酸化的Ser37位点，对于cGAS与染色质结合的关键性，以及对于化疗耐药/敏感表型的影响，可以说是优于很多文献了。好了，今天就先策到这里吧，有兴趣的话可以看看原文，祝你们心明眼亮。
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