本文发表于《Nature Communications》期刊，2024年5月，题为“Rapid P-TEFb-dependent transcriptional reorganization underpins the glioma adaptive response to radiotherapy”。研究由Faye M. Walker、Lays Martin Sobral、Etienne Danis等作者共同完成，主要研究机构包括美国科罗拉多大学医学院的Morgan Adams基金会儿童脑肿瘤研究项目、生物医学信息学系、癌症中心等。

研究背景

细胞在应对外界压力时，基因表达的动态调控至关重要。P-TEFb（正转录延伸因子B）介导的RNA聚合酶II（Pol II）暂停释放机制在热休克等应激反应中发挥重要作用，但其在癌症治疗中的应用尚未得到充分研究。本研究以儿童高级别胶质瘤（HGG）为模型，探讨了P-TEFb在放疗后早期转录重组中的作用，并揭示了其在胶质瘤适应性反应中的核心地位。

研究目标

本研究旨在揭示P-TEFb在胶质瘤放疗后早期转录重组中的作用，并探讨通过抑制P-TEFb来增强放疗效果的潜在治疗策略。

研究方法

研究分为多个步骤，主要包括： 1. 染色质重组分析：通过ATAC-seq（转座酶可及染色质测序）和ChIP-seq（染色质免疫共沉淀测序）技术，分析了胶质瘤细胞在放疗后染色质可及性和H3K27ac（组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化）分布的变化。 2. 转录调控机制研究：通过RNA-seq（RNA测序）和CUT&RUN（靶向切割与释放）技术，研究了P-TEFb在放疗后转录调控中的作用，特别是其对Pol II暂停释放的影响。 3. P-TEFb抑制实验：使用CDK9抑制剂AZD4573，研究了P-TEFb抑制对放疗后染色质重组和转录诱导的影响。 4. 功能验证：通过细胞周期分析、DNA损伤修复实验和细胞凋亡检测，验证了P-TEFb抑制对胶质瘤细胞放疗敏感性的影响。 5. 动物模型实验：在小鼠模型中验证了P-TEFb抑制与放疗联合治疗的抗肿瘤效果。

研究结果

1. 染色质快速重组：放疗后，胶质瘤细胞的染色质迅速发生重组，表现为染色质可及性降低和H3K27ac的重新分布。这种重组主要集中在与DNA损伤修复（DDR）和细胞周期调控相关的基因启动子区域。
2. P-TEFb介导的转录诱导：放疗后，P-TEFb通过磷酸化Pol II的C端结构域（CTD），促进了关键DDR基因的转录诱导。P-TEFb抑制显著削弱了这一过程，导致DDR程序无法有效启动。
3. P-TEFb抑制的协同效应：P-TEFb抑制剂AZD4573与放疗联合使用，显著增强了胶质瘤细胞的凋亡，并延长了小鼠模型的生存期。这种协同效应在不同分子背景的胶质瘤模型中均得到验证。
4. 转录成瘾现象：胶质瘤细胞对P-TEFb介导的转录调控表现出依赖性，而正常细胞对这一过程的依赖性较低，这为P-TEFb抑制提供了治疗窗口。

结论

本研究揭示了P-TEFb在胶质瘤放疗后早期转录重组中的核心作用，并证明通过抑制P-TEFb可以有效增强放疗的抗肿瘤效果。这一发现为胶质瘤的治疗提供了新的策略，特别是针对那些对传统放疗产生耐药性的患者。

研究亮点

1. 染色质重组的动态性：首次揭示了胶质瘤细胞在放疗后染色质可及性和H3K27ac分布的快速变化，阐明了其在DDR中的关键作用。
2. P-TEFb的核心地位：明确了P-TEFb在放疗后转录调控中的核心地位，并证明其抑制可以显著增强放疗效果。
3. 治疗策略的创新：提出了通过P-TEFb抑制与放疗联合治疗的策略，为胶质瘤的治疗提供了新的方向。

研究意义

本研究不仅深化了对胶质瘤放疗后转录调控机制的理解，还为临床治疗提供了新的思路。通过靶向P-TEFb，可以增强放疗的效果，延长患者的生存期，具有重要的科学和应用价值。