Stag2-KO 基因敲除小鼠

STAG2（Stromal Antigen 2），也称为SMC3，是着丝粒蛋白复合物（cohesin complex）的核心亚基之一，与其他三个亚基（SMC1A、SA2和RAD21）共同组成着丝粒蛋白复合物。着丝粒蛋白复合物在细胞分裂过程中起着至关重要的作用，负责在S期将姐妹染色单体紧密地连接在一起，并在有丝分裂过程中将它们分离到两个子细胞中，从而保证遗传物质的正确分配。

STAG2在细胞分裂中发挥着重要的作用，其功能异常与多种癌症的发生发展密切相关。STAG2的突变常见于多种癌症，包括膀胱癌、尤文肉瘤、急性髓性白血病（AML）和黑色素瘤等。STAG2的突变会导致着丝粒蛋白复合物的功能异常，进而影响染色体稳定性、DNA修复和基因表达，从而促进肿瘤的发生和发展。

在膀胱癌中，STAG2的突变与肿瘤的分子亚型、发病机制和预后密切相关。膀胱癌是一种全球性的健康问题，具有性别差异，在发病率和预后方面都存在明显的性别差异。膀胱癌具有多种分子亚型，其发病机制取决于肿瘤是否为非肌肉侵袭性或肌肉侵袭性。肌肉侵袭性膀胱癌的突变负担高于非肌肉侵袭性膀胱癌。常见的突变基因包括TERT、FGFR3、TP53、PIK3CA、STAG2和参与染色质修饰的基因。膀胱癌的亚型分类可能会随着单细胞分析方法的问世而发生重大变化。早期发现对于改善疾病预后具有重要意义，因此需要开发微创的诊断方法来提高患者的生活质量。尿检可用于膀胱癌的诊断和监测，而血液中游离DNA的分析是检测微小残留病和转移性复发的有前途的工具。经尿道切除术是非肌肉侵袭性膀胱癌治疗的基础，而膀胱内治疗可以进一步提高肿瘤学结果。对于肌肉侵袭性膀胱癌，根治性膀胱切除术加上新辅助化疗是标准治疗，有证据支持三联疗法。免疫检查点抑制剂已在非肌肉侵袭性、肌肉侵袭性和转移性膀胱癌中显示出益处。有效的管理需要多学科的方法，考虑患者的特征和分子疾病特征[1]。

STAG2的丢失会重新连接肿瘤发生和发育程序，从而促进尤文肉瘤的转移。STAG2的丢失会导致共济失调，增强尤文肉瘤的转移潜能。在STAG2敲除细胞中，由融合转录因子EWS/FLI1驱动的肿瘤发生基因程序高度紊乱，部分原因是增强子-启动子接触的改变。此外，STAG2的丢失还破坏了PRC2介导的基因表达调节。这些转录变化共同调节EWS/FLI1、迁移和神经发育程序。与临床观察结果一致，功能研究表明，STAG2的丢失增强了尤文肉瘤异种移植的转移潜能。这些发现表明，STAG2的突变可以改变染色质结构和转录程序，从而促进侵略性癌症表型[2]。

在造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中，STAG1和STAG2在染色质可及性和拓扑控制中发挥着不同的作用。STAG2在基因调节、造血和肿瘤抑制中的作用尚未解决。在HSPCs中删除STAG2会导致造血功能改变、自我更新增加和分化受损。染色质免疫沉淀（ChIP）测序显示，尽管STAG2和STAG1结合一组共享的基因组位点，但STAG2结合位点的一部分即使在STAG2缺乏的HSPCs中也没有被STAG1占据。尽管STAG2和STAG1的共丢失消除了造血，但STAG2的单独丢失减少了染色质可及性和谱系特异性基因的转录，包括Ebf1和Pax5，导致自我更新增加和HSPC对B细胞谱系的承诺减少。这些数据说明STAG2在转化和转录失调中的作用与其在染色体分离中与STAG1共享的作用不同[3]。

STAG2突变重塑着丝粒蛋白结构的空间染色质结构，以驱动急性髓性白血病中的基因调节。着丝粒蛋白塑造了染色质结构，包括增强子-启动子相互作用。其成分，尤其是STAG2，但不是其同源基因STAG1，在髓系恶性肿瘤中经常发生突变。为了阐明白血病的机制，我们对AML患者样本的遗传、转录和染色质构象变化进行了全面表征。特定位点显示着丝粒蛋白占用、基因表达和局部染色质活性的改变，这些改变没有被剩余的STAG1-着丝粒蛋白所补偿。这些变化可以与着丝粒蛋白突变AML中空间染色质环的破坏联系起来。在原代人造血祖细胞（HSPCs）中补充缺失STAG2或STAG1，揭示了类似于STAG2突变AML特异性变化的效应，这些变化是在STAG2敲低后出现的，而不是由STAG1缺失引起的。STAG2缺乏的HSPCs表现出分化能力受损，并维持HSPC样基因表达。这项工作确定了STAG2是造血系统中染色质接触、基因表达和分化的关键调节因子，并确定了可能与人类白血病发生相关的候选靶基因[4]。

STAG2通过增强子环重新编程调节黑色素瘤中的干扰素信号。着丝粒蛋白复合物参与通过生成和维护DNA环来组织3D基因组。着丝粒蛋白复合物的核心亚基STAG2在多种癌症中经常发生突变。然而，STAG2失活对3D基因组组织的影响，特别是对长程增强子-启动子接触和随后癌症中基因表达控制的影响，仍然知之甚少。我们表明，在黑色素瘤细胞中耗尽STAG2会导致拓扑相关区域的扩张，并增强STAG2结合位点的乙酰化组蛋白H3赖氨酸27（H3K27ac）相关DNA环的形成，其中STAG2的结合被切换为其同源基因STAG1。我们进一步通过整合RNA-seq、STAG2 ChIP-seq和H3K27ac HiChIP分析确定了干扰素调节因子9（IRF9）是STAG2在黑色素瘤细胞中的主要直接靶点。我们证明，STAG2的丢失通过调节3D基因组组织激活IRF9，进而增强I型干扰素信号传导并增加PD-L1的表达。我们的发现不仅确定了STAG2到STAG1切换在3D基因组组织中的先前未知作用，而且还揭示了STAG2和干扰素信号传导之间的功能联系，这可能会增强STAG2突变癌症中的免疫逃避潜力[5]。

尤文肉瘤是儿童和青少年中第二常见的骨肿瘤，也可发生在软组织中。尤文肉瘤是一种高度侵略性的癌症，标准风险和局部疾病的患者的生存率为70-80%，而转移性疾病患者的生存率约为30%。治疗包括局部手术、放射疗法和多药化疗，这些治疗方法与急性或慢性不良反应相关，可能会降低幸存者的生活质量。组织学上，尤文肉瘤由表达高水平CD99的小圆形细胞组成。在遗传学上，尤文肉瘤的特征是FET基因家族成员与ETS转录因子的平衡染色体易位，最常见的融合是EWSR1-FLI1（85%的病例）。尤文肉瘤断裂区1蛋白（EWSR1）-Friend白血病整合1转录因子（FLI1）是一种肿瘤特异性嵌合转录因子（EWSR1-FLI1），具有新形态效应，可大规模重排转录组。此外，EWSR1-FLI1通过在GGAA微卫星处诱导新的增强子，并通过改变基因调节元件的状态，重新编程表观基因组，从而创造独特的表观遗传特征。在诊断时，额外的突变很少，主要涉及STAG2、TP53和CDKN2A的缺失。关于尤文肉瘤分子机制的研究正在兴起，有望改善早期检测、疾病监测、降低治疗相关毒性、总生存率和生活质量[6]。

尤文肉瘤的基因组图谱定义了一个具有STAG2和TP53突变共关联的侵略性亚型。尤文肉瘤是一种由EWSR1-ETS基因融合引起的原发性骨肿瘤。为了识别导致肿瘤进展的次级遗传病变，我们对112个尤文肉瘤样本及其匹配的生殖细胞DNA进行了全基因组测序。总体而言，尤文肉瘤肿瘤具有相对较少的单核苷酸变异、插入/缺失、结构变异和拷贝数改变。除了全染色体臂拷贝数改变外，最常见的体细胞突变发生在STAG2（17%）、CDKN2A（12%）、TP53（7%）、EZH2、BCOR和ZMYM3（每个2.7%）。值得注意的是，STAG2突变和CDKN2A缺失是相互排斥的，这在尤文肉瘤细胞系中得到证实。在具有临床数据的299名患者的扩大队列中，我们发现STAG2和TP53突变往往同时发生，并与不良预后相关。最后，我们在诊断肿瘤中检测到亚克隆STAG2突变，与匹配的诊断样本相比，在复发的肿瘤中STAG2免疫阴性细胞的扩增。全基因组测序表明，尤文肉瘤的体细胞突变率较低。携带STAG2和TP53突变的肿瘤具有特别糟糕的预后，需要替代疗法。针对染色质修饰剂突变患者的靶向表观遗传调节剂的新药物可能构成可行的治疗策略[7]。

STAG2在膀胱癌中的作用尚有争议。STAG2是着丝粒蛋白复合物的四个组成部分之一，主要在姐妹染色单体凝聚和分离中发挥作用。STAG2是突变频率最高的着丝粒蛋白亚基，最近被确定为膀胱癌中经常改变的基因。这些突变的意义仍然存在争议。一些研究将STAG2表达丢失与非肌肉侵袭性和低等级膀胱肿瘤相关联，以及与改善的临床结果相关。在其他情况下，STAG2失活已被证明是这些患者预后较差的预测因子。STAG2在非整倍体中的作用也存在争议。STAG2的丢失与某些细胞系中染色体数目的显著变化相关，而在其他细胞系中，非整倍体没有诱导或结果尚无定论。目前，关于STAG2对细胞迁移、侵袭、增殖和细胞死亡的影响知之甚少，需要进行此类研究以确定STAG2在膀胱癌和其他恶性肿瘤中的作用[8]。

STAG2的遗传依赖性揭示了其在不同癌症类型中的不同功能。STAG2是着丝粒蛋白复合物的一个组成部分，是多种肿瘤类型（包括胶质母细胞瘤和膀胱癌）中高度突变的基因。尽管着丝粒蛋白在许多与癌症相关的途径中发挥作用，如染色体不稳定性、DNA修复和基因表达，但由于着丝粒蛋白功能的复杂性，因此难以确定STAG2丢失如何在不同的癌症类型中促进肿瘤发生或被用于治疗。在这里，我们在三个不同的细胞背景下进行了全基因组CRISPR-Cas9筛选，以寻找STAG2依赖性遗传相互作用。令人惊讶的是，STAG2的同源基因STAG1是唯一在所有三个背景下共享的负遗传相互作用。我们还发现了一个由STAG2和铁调节基因IREB2之间的遗传相互作用支持的类似基因的合成致死机制。最后，对HAP1细胞中异常强烈的上下文依赖性遗传相互作用的调查揭示了可能对减轻着丝粒蛋白加载压力重要的因素。我们的结果揭示了STAG2和着丝粒蛋白功能在各种遗传背景下的新方面[9]。

急性髓性白血病（AML）的分类最近出现了两种相似但不同的方法，这导致了实际上的困惑。该综述比较了AML的这两种分类系统，并基于WHO修订的第4版（WHO2016）进行了构建。两种分类系统都将复发性遗传异常作为主要考虑因素。然而，它们在细胞浆阈值方面有所不同。ICC要求骨髓或外周血中至少有10%的细胞浆，而WHO2022没有指定细胞浆截止值。两种分类系统都要求AML中BCR::ABL1的细胞浆计数大于20%。在WHO2022中，AML中CEBPA突变要求细胞浆计数大于20%。TP53突变是一个新的实体，仅限于ICC，其诊断标准为细胞浆计数大于20%和变异等位基因频率大于10%。AML伴骨髓发育不良改变由细胞遗传学或基于基因突变的标准定义，而不是形态学发育不良。两组中共有8个基因：ASXL1、BCOR、EZH2、SF3B1、SRSF2、STAG2、U2AF1和ZRSR2。ICC分类中还包括了另一个基因RUNX1。AML病例由分化（WHO2022）和AML未另行说明（ICC）分类为缺乏特定定义的遗传异常，WHO2022将其标记为化疗后骨髓增生性肿瘤（MN-pCT），作为特定诊断后的附录。同样，在ICC中，它可以被描述为“治疗相关”，而没有单独的AML类别[10]。

综上所述，STAG2是一种重要的着丝粒蛋白复合物亚基，在细胞分裂、基因表达调控和肿瘤发生发展中发挥着重要作用。STAG2的突变与多种癌症的发生发展密切相关，包括膀胱癌、尤文肉瘤、AML和黑色素瘤等。STAG2的突变会导致着丝粒蛋白复合物的功能异常，进而影响染色体稳定性、DNA修复和基因表达，从而促进肿瘤的发生和发展。STAG2的研究有助于深入理解着丝粒蛋白复合物在细胞分裂、基因表达调控和肿瘤发生发展中的作用，为癌症的治疗和预防提供新的思路和策略。