H2A单泛素化通过表观遗传调控ACSL4连接脂质代谢与BAP1介导的铁死亡

本研究针对肿瘤抑制因子BAP1如何通过表观遗传机制调控铁死亡这一科学问题，通过多组学分析发现BAP1介导的H2Aub去泛素化可增强染色质开放性，并鉴定出ACSL4作为其新型靶基因。研究证实BAP1通过ASXL1依赖的方式上调ACSL4表达，促进多不饱和脂肪酸合成和脂质过氧化，从而驱动铁死亡。该发现揭示了BAP1除调控SLC7A11介导的胱氨酸代谢外的新机制，为BAP1相关肿瘤的代谢靶向治疗提供了新思路。

在肿瘤生物学领域，代谢重编程已成为癌症的重要标志之一。肿瘤细胞通过改变其代谢模式来适应应激环境并促进生存增殖，其中胱氨酸代谢和脂质代谢的调控尤为关键。铁死亡作为一种铁依赖性的程序性细胞死亡方式，由脂质过氧化驱动，近年来被视为潜在的肿瘤治疗策略。BRCA1相关蛋白1（BAP1）作为重要的肿瘤抑制因子，其编码的核去泛素化酶能够特异性去除组蛋白H2A第119位赖氨酸的单泛素化修饰（H2Aub），通过表观遗传机制调控基因表达。先前的研究表明BAP1可通过抑制SLC7A11表达来促进铁死亡，然而BAP1在基因组水平上如何调控基因表达，以及是否存在其他机制参与BAP1对铁死亡的调控，这些问题仍有待阐明。

为了回答这些科学问题，西安交通大学与同济大学联合研究团队在《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》上发表了一项创新性研究。研究人员采用多组学技术整合分析，包括ATAC-seq（测定转座酶可及染色质的测序）、RNA-seq（RNA测序）和H2Aub ChIP-seq（染色质免疫沉淀测序），结合分子生物学实验和脂质组学分析，系统探讨了BAP1通过H2Aub去泛素化调控染色质可及性和基因转录的机制。

研究的关键技术方法包括：利用CRISPR-Cas9技术构建基因敲除和过表达细胞系；通过ATAC-seq分析染色质开放性变化；采用ChIP-seq和ChIP-qPCR（染色质免疫沉淀实时定量PCR）检测H2Aub在基因组上的分布；使用流式细胞术评估脂质过氧化水平和细胞死亡；通过脂质组学分析脂质代谢物变化；以及双荧光素酶报告基因实验验证基因转录调控。

BAP1调控染色质可及性和代谢相关基因转录的H2Aub依赖性机制

研究人员首先在BAP1缺陷的UMRC6细胞中恢复了野生型BAP1（WT）或其酶活缺失突变体（C91A），发现只有WT能够显著降低H2Aub水平和SLC7A11表达。通过ATAC-seq分析，他们发现BAP1-WT而非C91A能够显著增加全局染色质可及性，共有8385个基因的染色质开放性在WT细胞中增加。整合分析显示，有138个上调基因和91个下调基因同时表现出染色质开放性增加和H2Aub水平降低，这些基因富集于多种代谢相关通路。

BAP1通过超越SLC7A11依赖性胱氨酸代谢的机制促进铁死亡

为探究BAP1调控铁死亡是否存在SLC7A11非依赖机制，研究团队在SLC7A11敲除的UMRC6细胞中恢复了BAP1-WT或C91A。结果表明，即使在SLC7A11缺失情况下，BAP1-WT仍能促进erastin、IKE（咪唑酮erastin）或胱氨酸剥夺诱导的铁死亡，表现为脂质过氧化水平升高和细胞死亡增加，且这一过程可被铁死亡抑制剂ferrostatin-1（Ferr-1）或铁螯合剂deferoxamine（DFO）特异性抑制。

ACSL4是BAP1的新型转录靶标

多组学分析发现ACSL4（长链脂肪酰CoA连接酶4）是BAP1调控的潜在新靶点。实验验证表明BAP1-WT可显著上调ACSL4的mRNA和蛋白水平，而BAP1敲低则降低其表达。H2Aub ChIP-seq和ATAC-seq数据显示BAP1-WT可降低ACSL4基因启动子区域的H2Aub占据并增加染色质开放性。临床数据分析发现BAP1与ACSL4在多种癌症中表达正相关，且在肿瘤组织中表达均低于正常组织。

BAP1通过上调ACSL4促进铁死亡

功能实验表明，在BAP1敲除的786-O细胞中过表达ACSL4可恢复对IKE、RSL3或胱氨酸剥夺诱导的铁死亡的敏感性。相反，在UMRC6细胞中敲除ACSL4则显著抑制了BAP1促进的铁死亡。药理学抑制ACSL4同样可逆转BAP1介导的铁死亡敏感性。这些结果证实ACSL4是BAP1调控铁死亡的关键下游效应分子。

ACSL4介导的脂质合成增强BAP1调控下的铁死亡敏感性

脂质组学分析显示BAP1可显著上调多种脂质亚类的水平，包括三酰甘油（TG）、磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）。特别值得注意的是，BAP1可增加多不饱和脂肪酸磷脂（PL-PUFA1s和PL-PUFA2s）的含量，而这些脂质是脂质过氧化的主要底物。ACSL4敲除可逆转BAP1引起的脂质代谢变化。进一步实验发现，添加ACSL4底物AA（花生四烯酸）可增强BAP1的铁死亡促进作用，而添加其产物AA-CoA则可部分逆转ACSL4抑制的效应。

ASXL1是BAP1调控基因表达和铁死亡所必需的

通过构建BAP1与不同相互作用蛋白（FOXK1/2、HCFC1、ASXL等）结合缺陷的突变体，研究人员发现只有缺失ASXL结合域的突变体（△ASXL）失去了上调ACSL4和促进铁死亡的能力。在ASXL1敲除细胞中，BAP1无法上调ACSL4表达或促进铁死亡，表明ASXL1是BAP1行使功能的关键辅因子。

本研究通过整合多组学分析、表观遗传学研究和代谢组学方法，揭示了BAP1通过ASXL1依赖的方式去除H2Aub修饰，增加染色质可及性，从而转录上调ACSL4表达的新机制。ACSL4介导的脂质代谢重编程为BAP1促进铁死亡提供了除SLC7A11-cystine代谢轴之外的平行通路。这一发现不仅深化了对肿瘤抑制因子BAP1功能机制的理解，也为BAP1相关肿瘤 predisposition syndrome（BAP1-TPDS）的靶向治疗提供了新的代谢脆弱点。考虑到肿瘤异质性，ACSL4介导的脂质代谢可能成为那些高度依赖脂质合成的BAP1相关癌症的潜在治疗靶点。此外，研究揭示的BAP1-ASXL1-ACSL4轴为理解表观遗传调控如何整合代谢与细胞死亡信号提供了新视角，对未来开发针对铁死亡相关通路的新型抗癌策略具有重要指导意义。