近年研究发现转录区域广泛存在一种由RNA链置换DNA双链形成的特殊三链结构——R-loop。富集在启动子区域的调节性R-loop能够动态重塑染色质开放状态并促进基因转录。然而，恶性胶质母细胞瘤干细胞（GSC）是如何选择性重构这类调节性R-loop来维持其未分化状态的？其背后的精确上游表观修饰驱动因素及调控网络究竟是什么？

 

2026年6月发表于《Cell Reports》（1区7.7），题为“NAT10-dependent N4-acetylcytidine reprograms R-loops and promotes cancer stem cell growth”。该研究由匹兹堡大学医学中心、北卡罗来纳大学教堂山分校以及哥伦比亚大学吴序嘉与Jeremy Rich等研究团队牵头完成，发现了GSC中 R-loop在启动子近端异常富集。RNA乙酰转移酶NAT10受干性转录因子OLIG1驱动高表达，作为R-loop结合蛋白在R-loop的RNA链上催化N4-乙酰胞苷（ac4C）修饰，从而稳定启动子区域的R-loop并维持染色质开放状态，最终激活以EGR1为核心的肿瘤干性基因转录程序，显著促进GSCs的自我更新与生长。

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研究设计

 

关键研究成果

 

01.R-loop在GSC的空间生态位中呈现特异性富集与启动子区域空间积累

 

空间转录组分析结果表明，R-loop形成与解析特征评分与GSC干性及低氧信号在空间分布上高度共显，且聚焦于恶性增殖期细胞。

 

接着正交实验证实，GSC内的核R-loop丰度显著高于分化细胞和正常干细胞。

 

通过WGS进一步显示，这些R-loop特异性富集于多条经典干性通路，并在转录起始位点（TSS）启动子近端区域展现出强烈的sense与antisense双链富集特征，与基因高表达直接正相关。

 

02.质谱筛选鉴定出NAT10是介导GSCs内R-loop修饰的核心因子

 

作者通过对GSC、分化肿瘤细胞和神经干细胞进行S9.6免疫沉淀结合质谱分析，锁定了在GSC中绑定增强且受干性因子OLIG1驱动表达的RNA乙酰转移酶NAT10。

 

 

免疫印迹结果证实NAT10在GSCs中异常高表达且R-loop结合力更强。

 

IF结果显示，NAT10与R-loop以及ac4C修饰在核内呈现高度的空间共定位特征。

 

 

03.NAT10通过其乙酰转移酶活性选择性催化R-loop RNA链上的ac4C修饰

作者通过 RNA 修饰质谱（由表观生物提供）与Dot blot分析显示，在GSCs中敲低NAT10会导致R-loop结合的RNA链上ac4C修饰水平显著下降。

 

 

 

通过外源回补野生型NAT10可以完全恢复这种修饰，而回补乙酰转移酶活性缺失突变体（G614E）则无法逆转，证实了NAT10对R-loop修饰的催化功能具有特异性。

 

 

04.NAT10介导的ac4C修饰能够稳定启动子区域的R-loop以协同维持染色质开放

 

 

全基因组RR-ChIP-seq结果揭示，NAT10缺陷会引发转录起始位点近端启动子区域R-loop信号的全局性丢失。

 

 

 

并整合表观图谱发现，只有丢失启动子R-loop的靶基因才会同步表现出活跃组蛋白标记H3K27ac强度的下降。

 

 

RNA-seq分析结果进一步证实，受到该表观轴线影响的444个显著下调基因正是由于其启动子区域丢失了R-loop和开放的表观结构。

 

 

05.核心干性转录因子EGR1是受NAT10-ac4C-R-loop轴线直接转录调控的下游靶标

 

 

 

 

通过ac4C RIP-seq发现多达42.04%的启动子R-loop包含乙酰化修饰 ，并在GSC和临床数据中展现高相关性。

 

 

 

通过下游验证实验证实，ac4C修饰和启动子R-loop直接落在EGR1基因的启动子区，敲低NAT10会导致其局部R-loop崩解及活跃组蛋白标记丢失，但不影响成熟mRNA的稳定性和翻译效率。

 

外源构建EGR1可有效挽救因NAT10缺失而受损的细胞增殖与球体形成能力。

 

 

06.药理学靶向干预NAT10能够有效复现基因敲低效果并显著抑制体内肿瘤生长

 

 

最后，还使用NAT10特异性小分子抑制剂Remodelin处理GSCs，经 RNA修饰质谱（由表观生物提供）检测证实，该药物不仅能特异性降低R-loop上的ac4C水平并下调EGR1表达，还能抑制干细胞在体外的自我更新，且GSCs的敏感性显著高于正常对照细。并且，Remodelin与替莫唑胺（TMZ）展现出强烈的杀伤协同效应。

 

 

                                                                                         

 

在体内模型中，Remodelin成功跨越血脑屏障，显著延缓了颅内肿瘤生长并延长了荷瘤小鼠的生存期。

 

 

小结

既往普遍共识更强调失控或未排期的R-loop蓄积对细胞产生的复制压力、DNA损伤及基因组不稳定性等负面威胁；然而，该研究有力拓宽了这一边界，证明在未分化的胶质母细胞瘤干细胞中，存在一类受严密调控的“程序化”启动子调节性R-loop，其作为一种顺式调控结构域，能够选择性激活原癌性或干性基因的转录。这一发现深化了学术界对R-loop化学修饰异质性的认识，表明除了常见的m6A和m3C等控制转录暂停或终止的标记外，RNA层面的ac4C乙酰化修饰同样能够作为染色质开放和转录促进的激活开关。

 

 

作者信息

该文的通讯工作由Jeremy Rich教授（UNC）领衔，并由吴序嘉副研究员（中山一院）共同负责，吴序嘉同时也是本文的第一作者。王东海、吴维迟（UNC博士后）与Suchet Taori（匹兹堡大学医学中心）同列共同第一作者。