滑膜肉瘤中标志性突变—SS18-SSX融合突变的分子致病机制

Synovial Sarcoma is a type of soft tissue sarcoma that is insensitive to conventional radiotherapy or chemotherapy. Chromosome translocation of SS18 gene on chromosome 18 is the diagnostic signature of Synovial Sarcoma. The resulting gene fusion product SS18-SSX can solely maintain the proliferation of the tumor cell. SS18 is one of the core subunits of chromatin remodelling complex BAF. Recent studies revealed that SS18-SSX evict wild type SS18 and tumor suppressor BAF47 from BAF complex, by doing so recruit BAF complex to bivalent chromatin site to activate oncogene expression. Consequently, the dysregulation of gene expression by oncogenic BAF complex lead to the development of Synovial Sarcoma. The molecular detail of critical interaction between SS18-SSX and BAF remain unclear due to the lack of structural information. In this research, we aim to solve the molecular structure of SS18 and SS18-SSX associated BAF core complex by structural biology techniques such as cryo-EM and crystallography, validate the underlying molecular mechanism by biochemical and biophysical methods. The prospective structural information of the interaction between SS18-SSX and BAF complex will reveal the molecular mechanism of Synovial Sarcoma pathogenesis and provide the molecular details for drug development. Meanwhile, the structure of BAF complex will unveil the regulation machinery of chromatin remodelling and shed the light into the pathogenesis of the wide range of cancer mutations in BAF complex.

滑膜肉瘤是一类对常规放疗化疗不敏感的软组织肉瘤，其确诊依据是在18号染色体上的SS18基因末端产生的染色体异位突变，该突变产生的融合基因表达产物SS18-SSX被认为是滑膜肉瘤的发病关键。SS18是BAF染色质重塑复合体的亚基之一，研究显示SS18-SSX融合蛋白产生后会驱离BAF复合体中的抑癌因子BAF47和野生型SS18，并引导BAF复合体进入同时带有抑制信号和激活信号的二价染色质区，此过程激活致癌基因表达从而造成细胞癌化。但由于缺乏相关结构信息，SS18-SSX与BAF复合体的作用机制尚不清楚。本课题拟采用冷冻电镜、晶体学等结构生物学方法解析SS18和SS18-SSX与BAF复合体结合的结构，同时结合生理生化实验的验证:1)解释SS18-SSX的致癌分子机制，为滑膜肉瘤的精准治疗提供分子基础;2)解释BAF染色质重塑复合体的核心分子机制,为其在癌症中广泛突变的致病机制提供新思路。

滑膜肉瘤是一类对常规放疗化疗不敏感的软组织肉瘤，其确诊依据是在18号染色体上的SS18基因末端产生的染色体易位突变，该突变产生的融合基因表达产物SS18-SSX被认为是滑膜肉瘤的致病关键。SS18是染色质重塑复合体BAF的亚基之一，研究显示SS18-SSX融合蛋白产生后会驱离BAF复合体中的抑癌因子BAF47和野生型SS18，并引导BAF复合体进入同时带有抑制信号和激活信号的二价染色质区，此过程激活致癌基因表达从而造成细胞癌化。但由于缺乏相关结构信息，SS18-SSX与BAF复合体的作用机制尚不清楚。.本研究通过结构生物学方法结合生化和细胞功能实验发现带有SS18-SSX（滑膜肉瘤融合蛋白SS18-SSX）的BAF复合物会结合到原癌基因如Sox2、c-Myc的G四链体（G4） 区域，并减少抑制基因表达的组蛋白修饰H3K27me3在基因位上的占有率，导致原癌基因被激活，进而引发细胞的异常增殖；通过解析BAF与底物核小体的复合物结构信息，揭示了BAF复合体染色质重塑功能调节的机制；本研究创新性使用1,3-二溴丙酮试剂将突变的泛素或泛素样蛋白化学交联至直接纯化的组蛋白八聚体，并在非变性条件下通过标准色谱法进一步纯化修饰的八聚体，通过此方法在体外重组了H2AK119泛素化核小体，并通过cBAF和ncBAF染色质重塑物催化的核小体滑动试验验证了其功能。此外，通过另外十种组蛋白八聚体和三种泛素样蛋白的交联，验证了所提出方法的普适性。.我们的研究阐明了SS18-SSX的致癌分子机制，为滑膜肉瘤的精准治疗提供分子基础；揭示BAF染色质重塑复合体的核心分子机制，为其在癌症中广泛突变的致病机制提供新思路；开发了快速生产泛素或泛素样蛋白修饰的核小体的方法，以及利用Native PAGE纯化大复合体的方法，以促进染色质生物学中的生化和生物物理方向的研究。