发布时间：2025/12/17 11:52:03 阅读次数：91
缺氧是否调控与转录相关的相分离仍是未知的.在实体瘤中,缺氧是一个关键特征,与恶性程度和不良预后相关.最著名的缺氧反应涉及转录调控的改变,但新证据表明缺氧会诱导缺氧诱导因子（HIF）之外的多种适应性信号.
转录因子ZHX2（zinc fingers ａnd homeoboxes 2）是新近发现的一种VHL底物,它能够通过HIF依赖和非依赖的途径激活癌基因,推动肿瘤的恶性发展.
与此同时,生物大分子相分离可将蛋白质和核酸分隔成无膜细胞器,这一过程通常依赖于内在无序区（IDR）.相分离能够在转录活跃区域重塑三维染色质结构,然而,在癌症中鉴定特异性相分离仍是一项巨大挑战.
目前,ZHX2在缺氧条件下如何被调控,以及染色质结构对氧气敏感性的机制尚不明晰.
论文索引
【DOI】10.1016/j.molcel.2025.03.009
【发表时间】2025年4月17日
【标题】Hypoxia-induced phase separation of ZHX2 alters chromatin looping to drive cancer metastasis
【单位/通讯作者】武汉大学 张敬
【关键词】ZHX2；相分离；缺氧；IDR；CTCF；染色质环；癌症转移
该研究揭示了一种由缺氧特异性诱导的ZHX2相分离机制.研究表明,转录因子ZHX2在缺氧反应时会发生相分离,这一过程促进了其在染色质上的占据,并激活了一系列癌基因的转录.这些基因富集为与转移相关的基因,且与HIF的靶点不同,它们与乳腺癌的病理进展紧密相关.
从机制层面来看,缺氧通过一个富含脯氨酸的内在无序区诱导ZHX2发生相分离,这会增强ZHX2在S625和S628位点的磷酸化,进而将CTCF招募至转录凝聚体中,改变染色质环,最终推动转移基因的转录以及癌症转移.
这些发现为理解癌基因激活提供了重要的见解,同时也提示了一种基于相分离的癌症治疗策略.
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研究思路与技术路线
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关键研究结果
1 ZHX2在缺氧反应下形成核内凝聚体
研究通过荧光成像技术,在多种乳腺癌细胞系（MCF7, T47D, MDA-MB-231）中观察到,ZHX2-EGFP在缺氧（1% O₂）条件下会形成明显的核内凝聚体,而在常氧（21% O₂）条件下则弥散分布.
这种凝聚体的形成是可逆的,在复氧后30秒内斑点即消失.ZHX2的聚集是缺氧特异性的,在其他细胞应激（如pH变化 葡萄糖/谷氨酰胺饥饿 MG132 UV照射等）下均未观察到斑点形成.
而在乳腺癌患者的肿瘤组织和异种移植肿瘤模型中也观察到了ZHX2核凝聚体.
2 富含脯氨酸的IDR介导ZHX2的缺氧诱导相分离
研究使用1,6-己二醇（1,6-hex）处理细胞,可阻断缺氧诱导的ZHX2凝聚体形成.
体外纯化的重组ZHX2-EGFP蛋白在特定浓度下也表现出盐敏感的球形斑点,证实了ZHX2凝聚体具有相分离特性.通过结构预测和OptoDroplet光遗传学技术分析,研究发现ZHX2的核定位序列（NLS；317-446 aa）区域内的IDR是驱动其相分离的主要区域；
删除NLS（ΔNLS）则无法在光照或缺氧下形成斑点（D-G）.
将该区域的7个脯氨酸全部突变为丙氨酸（PA突变体）后,ZHX2在缺氧条件下完全丧失了形成凝聚体的能力.这表明,该富含脯氨酸的IDR是ZHX2响应缺氧并诱导相分离的关键.
3 ZHX2相分离作为支架招募转录激活复合体
免疫荧光染色显示,缺氧诱导的ZHX2凝聚体与多种转录激活标记（H3K27ac, H3K4me1, H3K4me3, MED1, BRD4, RNA Pol II-S5P, p300）高度共定位.
Co-IP实验证实,与常氧相比,ZHX2在缺氧时与RNA Pol II-S5P, p300, BRD4, 和 MED1的相互作用显著增强.
而无法发生相分离的PA突变体,在缺氧时几乎不与这些共激活因子共定位,也几乎不发生相互作用.这些结果表明,ZHX2在缺氧时首先独立发生相分离,并作为“支架”招募这些转录共激活因子到凝聚体中.
4 ZHX2相分离激活一套不同于HIF靶点的转移基因特征集
ChIP-seq分析结果显示,在缺氧条件下,ZHX2在全基因组的占据位点数量和结合强度均显著增加,而PA突变体的基因组占据和结合强度与WT型相比则明显下降,表明ZHX2的相分离是其在缺氧时广泛结合染色质所必需的.
结合RNA-seq的结果综合分析,研究鉴定出125个“ZHX2 相分离基因”,它们在缺氧时以相分离依赖的方式被ZHX2直接结合并转录激活,且其激活独立于HIF1α/HIF2α（C, D, E）.
GO富集分析结果显示,这些基因高度富集在与癌症转移相关的通路.对乳腺癌患者的scRNA-seq数据分析证实,该转移特征集主要在恶性细胞中高表达.
5 ZHX2相分离通过招募CTCF重塑染色质环
Co-IP和FRET-FLIM实验证明,缺氧诱导了ZHX2和CTCF之间的直接相互作用（A, B）,而PA突变体则无法与CTCF结合.免疫荧光显示,CTCF本身在缺氧时也会形成核内斑点,并与ZHX2凝聚体高度共定位（C）,表明ZHX2的IDR依赖性相分离将CTCF“拉入”了凝聚体中.
Hi-C实验进一步揭示,缺氧导致了全局性的染色质环重编程,产生了大量缺氧特异性的染色质环（D）.这种染色质环的重塑依赖于ZHX2（E）.3C-qPCR实验结果证实,ZHX2的PA突变体无法拯救由ZHX2敲低导致的MYC和STC2 E-P环的丢失（G）.
6 ZHX2相分离促进的S625/S628磷酸化是招募CTCF和驱动转移的关键
蛋白质谱（LC-MS/MS）分析鉴定出ZHX2的两个相分离增强的磷酸化位点：S625和S628.这两个位点仅在缺氧时,且在具有相分离能力的WT ZHX2上发生磷酸化,表明ZHX2相分离是其S625/S628位点磷酸化的先决条件.
将这两个位点突变为丙氨酸（SA突变体）后,ZHX2与CTCF的相互作用被完全阻断（D）.然而,SA突变体在缺氧时仍能正常发生相分离（形成斑点）,但CTCF无法被招募到这些凝聚体中（E）.功能上,SA突变体无法恢复缺失ZHX2后导致的染色质环形成和靶基因（125个相分离基因）的下调（F）.
在细胞迁移 侵袭实验以及小鼠肺转移模型中,PA突变体（丧失PS）和SA突变体（丧失CTCF招募）均丧失了促进转移的能力（A-F）.
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研究意义与机制模型
该研究提出了一个精细的调控模型：在缺氧环境下,ZHX2首先借助其富含脯氨酸的IDR发生相分离,进而形成核内凝聚体.这种相分离状态充当了一个平台,一方面招募了MED1 BRD4和RNA Pol II等转录共激活因子；另一方面,它促使ZHX2自身的S625和S628位点发生磷酸化.磷酸化后的ZHX2随之具备了与CTCF结合的能力,从而将CTCF招募至凝聚体中.最终,ZHX2 - CTCF轴在凝聚体内对染色质高级结构进行了重塑,形成了新的增强子 - 启动子环（E - P looping）,高效激活了包括MYC在内的一系列转移相关癌基因,推动了癌症的进展.该机制揭示了染色质环如何动态响应氧气的变化,并为靶向ZHX2 - CTCF轴提供了全新的癌症治疗思路.
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