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西北大学医学院科学家近日在一项发表于《科学进展》杂志的研究中，首次描述了调控细胞在缺氧条件下快速改变基因表达的底层机制，缺氧是多种耐药性肿瘤的关键特征。
该研究的资深作者是生物化学与分子遗传学系主任、Robert Francis Furchgott教授Ali Shilatifard博士。
缺氧下的肿瘤转换
P-TEFb转录激酶复合物通过RNA聚合酶II调节转录过程中的暂停-释放检查点步骤，RNA聚合酶II是一种将DNA转录为mRNA前体以及大多数小核RNA（snRNA）和微小RNA的多蛋白复合物。
P-TEFb对于固体肿瘤微环境中低氧条件下的基因表达也至关重要，它降低了化疗、放疗和免疫治疗的有效性。作者指出，这些癌细胞如何快速响应缺氧而改变基因表达的机制一直不清楚。
"我们想要了解细胞如何激活缺氧响应基因，而不仅仅是已知的HIF通路。由于P-TEFb对缺氧基因表达至关重要，我们使用了无偏见的蛋白质组学方法，专门识别在缺氧期间与P-TEFb相互作用的蛋白质，"该研究的主要作者、Shilatifard实验室前博士后研究员Shimaa Soliman博士说。
逐步追踪通路
在这项研究中，科学家们结合使用蛋白质组学、遗传学和基因组学方法，以更好地表征P-TEFb通路。
首先，他们使用免疫沉淀和质谱分析，在正常和低氧条件下比较与转录调节因子P-TEFb相关的蛋白质。接着，他们使用CRISPR基因编辑和RNA干扰来移除或减少这些蛋白质，以确定其功能重要性。最后，他们使用全基因组染色质分析（ChIP-seq）来测量这些因素如何影响RNA聚合酶II的招募以及缺氧响应基因的激活。
通过这些方法，他们发现Tim8-Tim13蛋白存在于细胞核中，并帮助调节缺氧基因表达。
他们还发现，DNA结合转录因子BHLHE40在Tim8-Tim13复合物和P-TEFb之间起到桥梁作用，创建了一个支持缺氧转录反应的新型调控通路。
HIF之外的靶点
综合这些发现，确定了一个新的调控轴，其中Tim8-Tim13复合物和BHLHE40调节P-TEFb在缺氧转录反应中的活性，这可能有助于为对HIF靶向治疗反应不佳的患者提供未来的治疗机会，Soliman说。
"我们的工作扩展了这一框架，确定了一个先前未被认识的涉及P-TEFb、BHLHE40和Tim8-Tim13复合物的调控轴。重要的是，这一机制部分独立于HIF。从治疗角度看，这对透明细胞肾细胞癌等癌症特别相关，在这些癌症中，缺氧信号是持续激活的，"Soliman说。
基于这些发现，Soliman表示她的团队希望更好地了解Tim8-Tim13复合物在细胞核中的功能，定义它们如何调节转录，并确定破坏BHLHE40-Tim8/Tim13-P-TEFb相互作用是否对缺氧驱动型癌症具有治疗益处。
"这项工作揭示了线粒体和细胞核基因调控之间意想不到的联系，突显了细胞感知和响应低氧的新层次复杂性，"Soliman说。
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