多组学案例丨RNA介导的TFE3癌融合蛋白相分离促进转录枢纽形成，推动易位性肾细胞癌进展

2025-12-11 11:57点击次数：22

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易位性肾细胞癌（tRCC）是一种罕见的儿童肾癌，预后不良且缺乏有效治疗策略。其特征是存在涉及Microphthalmia转录因子（MiT）家族成员（主要是TFE3）的染色体易位，形成各种TFE3融合癌蛋白，如NONO-TFE3、SFPQ-TFE3等。尽管这些融合癌蛋白被认为是疾病发生发展的关键驱动因素，但其促进肿瘤恶性表型的具体分子机制尚未充分阐明。通过大量研究成果，我们知道生物大分子凝聚体（biomolecular condensates）形成是基于液-液相分离（LLPS）机制，与转录调控和癌症发生密切相关。且越来越多的研究表明，癌基因融合蛋白可通过相分离形成凝聚体，从而重塑转录输出。尤其是，TFE3的多个融合伴侣（约57%）是RNA结合蛋白（RBP），暗示RNA介导的多价相互作用可能在TFE3融合蛋白凝聚体形成中发挥关键作用。然而，RNA与RBP如何协同调控TFE3融合癌蛋白的相分离行为，以及这种相分离如何特异性地驱动致癌转录程序，仍是未解决的重要科学问题。此外，靶向癌蛋白凝聚体作为治疗策略的可行性也亟待验证。

2025年9月，德州农工大学黄韵、周育斌团队在《Nature Communications》期刊发表了题为“RNA-mediated condensation of TFE3 oncofusions facilitates transcriptional hub formation to promote translocation renal cell carcinoma”的研究论文。该研究确立了RNA介导的相分离是TFE3融合蛋白驱动tRCC进展的核心机制。研究表明，TFE3融合伴侣中的RNA结合结构域与TFE3的内在无序区（IDR）协同作用，驱动相分离形成。这一过程招募了PSPC1和RNAPII（RNA聚合酶II），构建了高效的转录延伸枢纽，激活了HK2和RRM2等代谢及细胞周期相关基因。此外，开发了一种基于分裂纳米体和麦芽糖结合蛋白的化学遗传学工具，能够特异性溶解这些凝聚体，从而阻断肿瘤生长，验证了其作为治疗靶点的潜力。

研究思路

关键研究结果

1. NONO-TFE3具备双重DNA/RNA结合能力并建立顺式调控反馈

研究团队首先通过CRISPR敲入在UOK109患者来源细胞系中构建了内源性GFP-dTAG-Flag标记的NONO-TFE3系统，实现了对该癌融合蛋白的快速诱导降解。

通过CUT&Tag和RIP-seq的联合分析，研究发现NONO-TFE3不仅结合基因组上的启动子区域，还与大量新生RNA相互作用，且约40%的RNA结合位点与其DNA结合区域重叠。

为了探究其转录调控功能，研究采用了SLAM-seq技术测定新生转录本，发现NONO-TFE3的降解导致一系列涉及细胞代谢、脂质代谢及MAPK级联通路的基因显著下调。

约有64%的NONO-TFE3靶基因在其转录本上也存在NONO-TFE3的RNA结合峰，且这些具有双重结合特征的基因表达水平更高，这提示NONO-TFE3可能通过结合新生RNA形成顺式调控反馈回路，从而维持其在靶基因位点的高转录活性。

2. 融合伴侣赋予的RNA结合能力是驱动TFE3癌蛋白相分离的核心机制

利用FRAP和活细胞成像技术，研究观察到NONO-TFE3在细胞核内能形成明显的LLPS凝聚体，而缺乏融合伴侣的野生型TFE3（核定位突变体NLS-TFE3-S321A）则呈弥散分布。

通过构建一系列截短突变体，研究发现NONO部分的螺旋-螺旋结构域和RNA识别基序（RRM）对凝聚体形成至关重要；特别是将RRM结构域的关键氨基酸突变或使用RNase A处理以清除RNA，均会导致凝聚体完全消失。

此外，LacO阵列实验进一步证实，只有具备RNA 结合能力的NONO-TFE3才能在染色质特定位点形成高浓度的蛋白枢纽。

这些结果确立了TFE3融合蛋白通过获得融合伴侣的RNA结合能力，利用RNA作为多价相互作用的支架来驱动相分离的机制。

3. PSPC1被招募至相分离凝聚体中以构建转录枢纽

为了解析NONO-TFE3凝聚体的分子组成，研究利用TurboID邻近标记技术结合CRISPR功能基因组学筛选，鉴定出RBP PSPC1是NONO-TFE3的关键互作伙伴，且对tRCC细胞的存活至关重要。

显微成像显示PSPC1与NONO-TFE3在细胞核内高度共定位并形成共凝聚体，而这种共凝聚依赖于RNA的存在。

机制研究表明，PSPC1在染色质上的结合高度依赖于NONO-TFE3；敲低PSPC1会显著降低RNAPII，特别是其磷酸化活性形式在NONO-TFE3靶基因上的招募与富集，进而抑制这些促癌基因的转录。表明NONO-TFE3利用相分离构建了一个包含PSPC1的转录枢纽，以促进RNAPII的有效加载和延伸。

4. RNA与PSPC1协同调节凝聚体内的RNAPII磷酸化与转录活性

体外重组蛋白液滴实验揭示了RNA浓度对相分离的精细调控：低浓度RNA促进NONO-TFE3与RNAPII CTD的共凝聚，而高浓度RNA则通过电荷排斥导致液滴解聚；PSPC1的加入能够中和RNA的负电荷，稳定凝聚体并显著扩大液滴体积。

在功能上，体外激酶分析和转录实验证明，在含有NONO-TFE3、PSPC1和适量RNA的相分离液滴环境中，CDK7对RNAPII CTD的磷酸化效率显著提升，转录产出增加了3倍以上。

荧光素酶报告基因实验也证实，破坏相分离能力完全消除了这种转录增强效应。这些数据支持了一个模型：RNA介导的相分离通过富集酶和底物，创造了一个高效的生化反应环境来驱动转录。

5. 化学遗传学强制解聚癌融合蛋白凝聚体可有效抑制肿瘤生长

基于相分离对tRCC致癌性的关键作用，研究团队开发了一种名为“Chessbody”的化学遗传学工具。该系统利用分裂纳米体，通过雷帕霉素（Rapamycin）诱导，将具有破坏相分离能力的麦芽糖结合蛋白（MBP）特异性招募至GFP标记的NONO-TFE3上。

实验结果显示，MBP的招募成功溶解了细胞核内的NONO-TFE3凝聚体。

这种强制解聚在转录组水平上导致了与直接降解NONO-TFE3高度一致的基因表达变化，并在体外集落形成实验和小鼠异种移植模型中显著抑制了tRCC肿瘤的生长。这一结果不仅在功能上验证了相分离的致癌必要性，也为靶向“不可成药”的转录因子凝聚体提供了新的治疗策略验证。

并在体外集落形成实验和小鼠异种移植模型中显著抑制了tRCC肿瘤的生长。这一结果不仅在功能上验证了相分离的致癌必要性，也为靶向“不可成药”的转录因子凝聚体提供了新的治疗策略验证。

研究意义

该研究挑战了传统观点，强调TFE3融合伴侣中有序的RRM是驱动NONO-TFE3凝聚体形成的关键，而非通常认为的IDR。这揭示了TFE3癌融合蛋白相分离机制的独特性。研究提出了一个致癌模型：新转录的RNA可能通过一个反馈环路影响TFE3融合蛋白的转录活性，从而不断增强致癌信号。通过邻近蛋白质组学，推测“RNA和RBP介导的转录共凝聚”机制可能是所有TFE3融合蛋白驱动tRCC肿瘤的普遍致病机制。最后，鉴于通过化学遗传学方法破坏TFE3凝聚体能有效抑制tRCC细胞生长，这为靶向致癌凝聚体，特别是针对其核心RNA结合能力的策略，提供了有前景的新治疗方向。