Nat Comm|蒙国宇团队发现PML核体组装机制二部曲——癌蛋白的聚合是白血病发病的重要因素
发布日期:2019-08-26 浏览次数:612

      蛋白聚合影响癌症发生这一现象曾被多次报道,比如癌蛋白NPM-RARa和Stat5b-RARa寡聚化被报道与细胞无限增殖以及疾病发生至关重要;原癌基因蛋白erbB-2,MET和FGFR中,因蛋白聚合而增强的、获得性的致癌作用在肿瘤生长以及癌症发展中同样曾被观察到;在白血病中,这种聚合现象也广泛存在于BCR/ABL, AML1/ETO, AML1/MTG16, TEL/AML1. CBFb/SMMHC, MLL/GAS7, MLL/AF1p, MLL/GEPRIN以及PAX5/PML等癌蛋白中,然而聚合影响发病的机制目前尚未明确。   

      上海交通大学医学院附属瑞金医院、上海血液学研究所、医学基因组学国家重点实验室蒙国宇教授团队曾于2018年3月在Nature Communications上发表题目为Ring tetramerization is required for nuclear body biogenesis and PML sumoylation的研究论文,该研究从分子水平上揭示了PML核体组装机制及PML自身SUMO化修饰的结构基础,并发现PML-RING的四聚化对急性早幼粒细胞白血病(APL)的发病及其靶向治疗都有很重要的意义。

      紧接着在今年8月份,蒙国宇教授团队再次在Nature Communications上发表题目为B1 oligomerization regulates PML nuclear body biogenesis and leukemogenesis的最新研究成果。这些系列研究发现在PML-RING结构域介导的四聚的基础上,PML-B1 box结构域能够介导一种前所未有的寡聚化模式,进而形成PML核体。同时,研究者通过转基因小鼠和单细胞技术进一步证实了蛋白寡聚在白血病发病的重要意义,为后续的靶向治疗提供新的思路。

 

      急性早幼粒细胞白血病蛋白(PML)是构成PML核体的主要组成成分。PML核体是直径为0.1-2mm的颗粒状复合物附着于核基质上,研究表明PML核体在DNA损伤反应、细胞凋亡、细胞衰老以及血管生成等途径中扮演着十分重要的角色。并且PML核体招募120多种不同的伙伴蛋白如DAXX、SP100、SUMO等相互作用形成“PML interactosome”,进一步通过蛋白翻译后修饰作用如SUMO化、磷酸化、乙酰化等显著影响伙伴蛋白在细胞中的功能。这些把PML核体推向细胞信号通路的中心位置。
   
      急性早幼粒细胞白血病APL曾因发病病程短并且出血严重被视为最凶险的急性白血病。而临床上三氧化二砷和全反式维甲酸联合用药的发现使得APL成为唯一可以治愈的白血病,故此APL的发病机理以及靶向治疗机制一直是研究人员的关注热点,有待为其他白血病和肿瘤治疗提供良好借鉴。APL的发病分子机制是第15和17号染色体发生易位形成PML/RARa融合癌基因,一方面由于破坏了PML核体的正常功能;另一方面即PML/RARa癌蛋白本身的功能障碍。

      在最新的这篇研究中,研究人员通过X射线晶体衍射技术成功解析了PML-B1 box结构域的结构,并且首次提纯到PML大片段,利用PML大片段首次在溶液观察到PML核体的动态组装模式。并且通过对ATO的反应进一步探究了RING和B1-box聚合的先后顺序,提出RING四聚体形成可能先于B1的寡聚化,即RING先形成四聚体进而B1再形成更高程度的聚合,从而加深了对PML组装机制的了解。

图1. PML-B1 box的网状寡聚机制。
 
      为了进一步探究聚合与APL发生的关系,研究人员通过转基因动物实验及单细胞测序技术发现,PML-B1 box的寡聚化对于APL的发病至关重要。并且通过单细胞RNA测序筛选到一大批聚合影响发病的新基因,并且其中的Trib3以及Atf5曾被报道在AML病人中高表达。这些新基因的发现为后续研究工作者探究聚合影响发病提供新的方向。更重要的是,该文首次提出了癌蛋白的寡聚可以作为靶向治疗的新思路,“In light of the single cell RNA sequencing results presented here, it might be reasonable to consider oligomerization as an important leukemogenic regulator in these drivers. One of the important research avenues in the future is to investigate whether/how the oncogenic oligomerization might influence the maintenance of the leukemia-initiating cancer cells. If this is the case, the oncogenic oligomerization might represent a valuable target for future therapeutic exploration beyond APL”。蒙国宇教授为文章的通讯作者。博士生李玉文、马晓丹、陈志明、武海燕和王鹏然为文章的共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金、上海市科委重点、教委高峰高原基金、东方学者基金等项目以及上海同步辐射光源BL19U2、BL17U等线站的支持。

图2. B1-box介导的PML-RARa寡聚化对于APL的发生至关重要a. PML-RARaPRPML-RARa F158EPR F158E转基因小鼠的生存曲线。b. 单细胞RNA测序分析。c. PR寡聚化介导的靶基因转录激活的热图。
 
作者简介:
蒙国宇,上海交通大学医学院附属瑞金医院教授(PI)。现为东方学者特聘教授,医学基因组学国家重点实验室课题组长,教育部“新世纪人才”人选,上海市教育委员会“高峰高原”临床学科建设计划第一批入选者,上海交通大学 “系统生物医学协同创新中心”首批固定PI。近年来以通讯作者/独立PI身份在包括《Nature Communications》(2019, 2018), 《Leukemia》(2019,2018),《eLife》(2017),《Blood》(2013),《EMBO J》(2011)在内的国际高水平期刊发表论文25篇,被引证数达~1000次。作为负责人主持国家自然科学基金及省部级科研项目11余项。带领团队先后获得明治生命科学奖“优秀奖”和上海医学奖三等奖。