TLK2通过调控CTCF-黏连蛋白枢纽形成靶向癌症干细胞可塑性的新机制

本研究针对癌症干细胞(CSC)可塑性导致的治疗抵抗难题，揭示了丝氨酸/苏氨酸激酶TLK2通过磷酸化DYNLL1调控CTCF-黏连蛋白枢纽形成的新机制。研究人员通过CRISPR筛选发现TLK2是染色质环关键调控因子，证实其通过TLK2-DYNLL1轴促进KLF4基因座染色质环形成，驱动非CSC向CSC转化。靶向TLK2可显著抑制乳腺癌干细胞特性，增强化疗和免疫治疗效果，为克服治疗抵抗提供了新的靶向策略。

在癌症治疗领域，肿瘤细胞的异质性和可塑性一直是制约疗效的关键因素。其中，癌症干细胞(CSC)理论认为，肿瘤中存在一小群具有自我更新和多向分化潜能的细胞，这些细胞不仅驱动肿瘤发生发展，更是治疗抵抗和肿瘤复发的根源。传统化疗和放疗虽然能有效杀伤普通肿瘤细胞，但对处于相对静止状态的CSC往往效果有限。更棘手的是，普通肿瘤细胞在特定条件下可发生"去分化"重新获得干细胞特性，这种可塑性使得CSC群体能够不断得到补充，导致肿瘤难以根治。

近年来，表观遗传调控在癌症细胞可塑性中的作用日益受到关注。特别是三维基因组结构的动态变化，被认为是基因表达重编程和细胞身份转换的重要机制。CTCF和黏连蛋白复合物作为染色质环形成的关键调控因子，在基因组三维组织中发挥核心作用。然而，调控CTCF-黏连蛋白介导的染色质环动态变化的上游信号通路仍不清楚，靶向染色质环调控癌症干细胞可塑性的治疗策略也尚未建立。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，研究人员通过创新性地开发CTCF-黏连蛋白双分子荧光互补(BiFC)报告系统，结合全基因组CRISPR筛选，发现TLK2激酶是调控CTCF-黏连蛋白枢纽形成的关键因子。进一步机制研究表明，TLK2通过磷酸化DYNLL1蛋白，增强其与CTCF的相互作用，促进CTCF在基因组特定区域的结合，从而调控KLF4等干性基因座的染色质环形成，驱动非CSC向CSC的转化。功能实验证实，靶向TLK2可显著抑制乳腺癌干细胞特性，增强化疗药物和免疫治疗的效果。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先开发了CTCF-黏连蛋白BiFC报告系统用于实时监测染色质环动态；通过全基因组CRISPR筛选鉴定染色质环调控因子；利用染色质构象捕获(3C)、ChIP-seq、ATAC-seq等多组学技术分析三维基因组变化；采用患者样本队列(n=262)进行临床相关性验证；通过体外和体内模型评估TLK2靶向的治疗潜力。

TLK2通过调控CTCF-黏连蛋白枢纽影响癌症干细胞特性

研究人员发现TLK2 knockdown可显著降低ALDH⁺细胞比例和乳腺球形成能力，而TLK2过表达则产生相反效果。机制上，TLK2通过磷酸化DYNLL1第14位丝氨酸，促进DYNLL1与CTCF的相互作用，增强CTCF在基因组特定区域的结合。

TLK2-DYNLL1轴通过调控KLF4基因座染色质环形成驱动干细胞特性

通过整合分析发现，TLF4是TLK2-DYNLL1轴调控的关键干性基因。TLK2 knockdown显著降低KLF4启动子与其增强子之间的染色质环形成频率，而DYNLL1磷酸化突变体可逆转这一效应。

靶向TLK2增强癌症治疗敏感性

功能实验表明，TLK2 knockdown显著增强乳腺癌细胞对多西他赛的敏感性，提高免疫细胞杀伤效率。在小鼠模型中，TLK2抑制联合抗PD-L1治疗可有效抑制肿瘤生长和肺转移。临床数据分析显示，TLK2高表达与乳腺癌患者不良预后显著相关。

本研究系统阐明了TLK2-DYNLL1轴通过调控CTCF-黏连蛋白枢纽形成，影响三维基因组结构和癌症干细胞可塑性的新机制。这一发现不仅深化了对癌症细胞可塑性表观遗传调控机制的理解，更重要的是为靶向染色质环调控克服治疗抵抗提供了新的策略。特别是TLK2同时参与组蛋白沉积和染色质环调控的双重功能，使其成为具有"一靶双效"治疗潜力的理想靶点。尽管当前TLK2抑制剂的特异性仍有待提高，但本研究为开发针对癌症干细胞可塑性的新型治疗手段奠定了重要理论基础。