SWI/SNF複合体は，ATP依存性にクロマチンを制御するタンパク複合体であり，細胞内の遺伝子発現を包括的に制御している．その主要なサブユニットであるSMARCB1の欠損が悪性ラブドイド腫瘍や類上皮肉腫などで報告されているが，SMARCB1の腫瘍抑制因子としての分子生物学的機能は未だに十分には解明されていない．本研究の目的は，SMARCB1の欠損した変異SWI/SNF複合体の機能異常ががん化に及ぼす影響を検討することである．
SMARCB1欠損腫瘍細胞株にレンチウィルスを用いてSMARCB1を強制発現させ、細胞増殖能の変化を解析した。次に核内タンパクを抽出し，複合体構成の変化、および複合体とクロマチンとの相互作用の変化について生化学的に解析した。RNA-seq法による遺伝子発現解析に加え、各種抗体を用いたChIP-seq法を行い，SMARCB1の強制発現によるSWI/SNF複合体，および各ヒストンマークのゲノム上の占有部位、占有率の変化を解析した．
強制発現したSMARCB1は直ちにSWI/SNF複合体に結合し、SMARCB1により複合体とクロマチンとの結合が安定化することを示した．ChIP-seq法では，すべての細胞株においてSMARCB1の強制発現によりSWI/SNF複合体のゲノム上の占有率が有意に増加した．SMARCB1の強制発現によりH3K27acの占有率が特異的に増加したことから，SMARCB1はSWI/SNF複合体によるエンハンサー活性化に必須であることが示唆された．また、バイバレント領域のプロモーターにおいて，SUZ12，およびH3K27me3の占有率低下を認めたことから、SMARCB1の強制発現によりSWI/SNF複合体はポリコーム抑制複合体2と競合することで、バイバレント領域のプロモーターを活性化することが明らかとなった．
以上の結果より、SMARCB1の欠損した変異SWI/SNF複合体による異常な遺伝子発現調節の分子機構が明らかとなり，SMARCB1欠損腫瘍のみならず、SWI/SNF複合体の異常による様々な疾患のさらなる病態解明が精力的に進むことが期待される。
SMARCB1 is a core subunit of the mammalian SWI/SNF (BAF) family of ATP-dependent chromatin remodeling complexes. Loss of SMARCB1 has been identified in several cancer types, including malignant rhabdoid tumor (MRT) and epithelioid sarcoma (EpS), strongly implicating this event as the oncogenic driver in these malignancies. However, the precise mechanism underpinning the tumor suppressive function of SMARCB1 to date remains unclear. SMARCB1-deficient MRT and EpS cell lines were modified with a constitutive SMARCB1 expression system by lentiviral infection and their effects were evaluated at the levels of SWI/SNF complex biochemical composition, global chromatin structure, and gene regulation.
Reintroduced SMARCB1 stably integrated into SWI/SNF complexes. Reintroduced SMARCB1 significantly suppressed the proliferation of nearly all SMARCB1-deficient cancer cell lines. Expression of each subunit varied among cell lines, however, we identified a subunit whose expression was perfectly corresponded with SMARCB1 expression. The subunit was not expressed in all SMARCB1-deficient cell lines by western blotting, upregulated upon SMARCB1 reintroduction, and integrated into SWI/SNF complexes with SMARCB1. Loss of the subunit in the tumor cells was observed in all SMARCB1-deficient tumors by immunohistochemistry. The transcript levels of the subunit did not change upon SMARCB1 reintroduction, indicating post-transcriptional regulation of the subunit.
SMARCB1 loss destabilized SWI/SNF complexes on chromatin, with little change in complex assembly or integrity. Rescue of SMARCB1 in SMARCB1-deficient sarcoma cell lines resulted in increased genome-wide SWI/SNF complex occupancy, facilitating widespread enhancer activation and opposition of Polycomb-mediated repression at bivalent promoters.
These results provided us with a fundamental insight into the mechanisms of other SWI/SNF complex associated diseases as well as the oncogenesis of SMARCB1-deficient cancer.
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