MYC通过驱动左旋Z-DNA形成重塑基因表达的新机制

《Nature Communications》：MYC drives left-handed Z-DNA formation to shape gene expression

　　本研究针对Z-DNA在转录调控中的功能机制这一前沿问题，通过多学科技术方法，揭示了癌蛋白MYC通过招募染色质重塑因子FACT复合物，独立于RNA聚合酶II活性诱导Z-DNA形成。研究发现FACT通过重塑核小体中的H2A/H2B二聚体促进Z-DNA形成，且FACT的液-液相分离受CK2-PP2AC轴调控。通过基因组学分析和工程化Z-DNA启动子验证，证实Z-DNA直接促进RNAP II加载和转录激活。该研究不仅阐明了Z-DNA动态形成的分子机制，更为MYC驱动癌症的转录调控提供了新见解。

　　

在细胞核内，DNA通常以经典的右旋B型结构存在，但科学家们早已发现一种特殊的左旋构象——Z-DNA。这种非常规DNA结构常出现在高转录活性区域，然而其生理功能长期以来如同"黑洞"般令人困惑。尤其令人不解的是，致癌蛋白MYC作为基因表达的主要调控因子，其过度表达会导致广泛转录激活，但这一过程是否与Z-DNA存在关联？MYC驱动的转录放大效应背后，Z-DNA究竟扮演着被动产物还是主动调控者的角色？这些谜题成为领域内亟待解决的关键科学问题。

近日，浙江大学医学院附属第二医院等单位的研究团队在《Nature Communications》发表了突破性研究成果，首次揭示了MYC通过招募FACT复合物驱动Z-DNA形成，进而直接促进RNA聚合酶II加载的全新机制。这项研究不仅解开了Z-DNA在转录调控中的功能谜团，更为理解MYC驱动癌症的分子基础提供了全新视角。

研究人员综合运用了免疫荧光、电泳迁移率变动分析、免疫共沉淀、荧光漂白恢复、体外相分离实验、基因组学分析（包括ChIP-seq、TT-seq、MNase-seq、CUT&Tag）以及工程化Z-DNA启动子构建等多种前沿技术方法。研究还利用了人源和小鼠源的小细胞肺癌细胞系作为模型，并通过遗传密码扩展技术实现了SSRP1蛋白S510位点的特异性磷酸化修饰。

MYC诱导Z-DNA形成依赖于FACT复合物

研究人员发现MYC过表达能显著增加细胞核内Z-DNA信号，且这一现象在多种细胞系中均得到验证。通过核酸酶处理实验，确认MYC诱导的Z-核酸信号来源于DNA而非RNA。值得注意的是，RNA聚合酶II抑制剂处理并不影响Z-DNA形成，表明该过程独立于转录活性。通过筛选染色质重塑因子，发现FACT复合物（包含SSRP1和SPT16亚基）是MYC诱导Z-DNA形成的关键介质。免疫共沉淀和split-GFP标签技术证实了MYC与FACT之间的直接相互作用。

FACT通过重塑H2A/H2B促进Z-DNA形成

体外实验表明，FACT能与核小体结合并诱导DNA构象变化，形成可被Z22抗体识别的Z-DNA结构。当表达缺失H2A/H2B结合域的SSRP1或SPT16突变体时，FACT丧失诱导Z-DNA的能力。电泳迁移率变动分析进一步证实，FACT与完整核小体的结合是Z-DNA形成的前提条件。

FACT puncta通过液-液相分离形成

研究发现FACT在体内外均能形成液-液相分离 condensates。体外重组实验显示，FACT在生理浓度镁离子条件下可自发形成液滴，且这些液滴对1,6-己二醇处理敏感。活细胞成像和荧光漂白恢复实验证实了FACT puncta的动态特性。通过结构域缺失分析，发现SSRP1的固有无序结构域对其相分离能力至关重要。

CK2-PP2AC轴调控FACT相分离的磷酸化修饰

通过抑制剂筛选发现CK2激酶特异性调控FACT相分离。CK2过表达能促进内源性FACT形成puncta，并增加Z-DNA生成。点突变实验确定SSRP1的S510磷酸化是关键调控位点。进一步筛选发现PP2AC是负责S510去磷酸化的主要磷酸酶，形成完整的CK2-PP2AC调控轴。

磷酸化增强MYC对FACT的招募

虽然SSRP1-S510A突变不影响FACT与核小体的结合能力，但显著减弱了MYC与FACT的相互作用。CK2过表达或PP2AC敲低均能增强MYC-FACT结合，表明磷酸化修饰主要调控FACT相分离及其与MYC的相互作用，而非直接影响其染色质重塑功能。

ADAR1的Z-核酸结合域足以抑制MYC诱导的Z-DNA形成

研究发现ADAR1-P150能有效清除MYC或FACT诱导的Z-DNA，而其缺失Z-DNA结合域的亚型ADAR1-P110无此功能。值得注意的是，仅表达ADAR1的Z-核酸结合域就足以抑制Z-DNA形成，且不影响MYC/FACT在染色质上的加载，为后续功能研究提供了特异性工具。

MYC诱导的Z-DNA形成对基因表达调控至关重要

转录组分析显示，ADAR1-Zαβ表达能逆转MYC过表达引起的转录激活效应。基因组学数据表明，Z-DNA减少直接导致RNA聚合酶II在启动子区域的富集下降，且这种变化与MYC/FACT水平无关。这些结果证实Z-DNA在RNA聚合酶II招募中发挥直接作用。

Z-DNA直接促进RNA聚合酶II加载和基因表达

研究人员设计了含有Z-DNA形成序列的超级核心启动子，并通过拓扑约束环状DNA证实Z-DNA结构能直接促进报告基因表达。蛋白质结合实验显示，Z-DNA形式的启动子能特异性富集更多RNA聚合酶II。ADAR1-P150过表达能同时减少Z-DNA形成和基因表达，进一步验证了因果关系。

讨论与结论

本研究系统阐明了MYC-FACT-Z-DNA轴在转录调控中的核心作用。与传统认知不同，Z-DNA并非转录的被动副产物，而是主动参与RNA聚合酶II招募的调控元件。FACT通过"二聚体驱逐模型"重塑核小体，诱导DNA构象变化形成Z-DNA。CK2-PP2AC调控的磷酸化修饰精细调控FACT相分离，影响其与MYC的相互作用和染色质定位。

特别重要的是，ADAR1介导的Z-DNA清除机制使得研究人员能够将Z-DNA的结构功能与其形成机制解耦，为解析Z-DNA的生物学功能提供了独特工具。工程化Z-DNA启动子的成功构建，不仅直接证明了Z-DNA的转录激活功能，更为未来研究DNA结构在基因调控中的作用提供了可推广的技术平台。

这项研究颠覆了对Z-DNA传统角色的认知，揭示了DNA结构动力学在转录调控中的主动作用。在理论层面，建立了MYC-FACT-Z-DNA-RNAPII的完整调控通路；在应用层面，为MYC驱动癌症的治疗提供了新的潜在靶点。由于Z-DNA形成与先天免疫应答密切相关，该发现也为理解肿瘤免疫应答提供了新思路。未来针对ADAR1-Z-DNA轴的治疗策略可能成为MYC驱动癌症的新型治疗方向。