中大新聞網(wǎng)訊（通訊員陳紅波）核仁是細(xì)胞核中一個(gè)重要的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其主要功能是轉(zhuǎn)錄核糖體RNA (Ribosomal RNA, rRNA) 和組裝核糖體大小亞基。但近年的研究發(fā)現(xiàn)核仁還參與了多種重要的生物學(xué)過(guò)程，比如細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞衰老、細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)以及遺傳性疾病等。但核仁是否可以作為藥物作用靶點(diǎn)還存在爭(zhēng)論，目前還沒(méi)有以核仁為靶點(diǎn)的治療藥物被批準(zhǔn)上市。
2021年3月，中山大學(xué)藥學(xué)院（深圳）鄧文斌教授、陳紅波副教授和程芳副教授以共同通訊作者在EMBO Molecular Medicine (JCR 1區(qū)，影響因子12.1)發(fā)表了題為“NF45/NF90-mediated rDNA transcription provides a novel target for immunosuppressant development”的文章 (DOI: 10.15252/emmm.202012834)。該研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)核仁定位的蛋白復(fù)合體NF45/ NF90可以通過(guò)調(diào)控核糖體DNA（Ribosomal DNA， rDNA）轉(zhuǎn)錄影響T細(xì)胞的增殖和活化。經(jīng)典的T細(xì)胞活化信號(hào)通路為“calcineurin-NFAT”信號(hào)通路。在活化信號(hào)刺激下，calcineurin (CaN)被激活，CaN對(duì)NFAT 去磷酸化，NFAT從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)定位到細(xì)胞核中，并結(jié)合到IL-2啟動(dòng)子區(qū)域的ARRE2序列元件上，激活I(lǐng)L-2等細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而激活T細(xì)胞。器官移植開(kāi)展至今，移植器官的保存、手術(shù)及術(shù)后處理已日益成熟,受者存活率有所增高，但移植排斥反應(yīng)仍然是威脅受者長(zhǎng)期存活的重要因素。目前器官移植科常用的環(huán)孢菌素A及FK506就是通過(guò)抑制 “calcineurin-NFAT” T細(xì)胞活化信號(hào)通路起作用。而在此項(xiàng)研究中，研究者發(fā)現(xiàn)當(dāng)T細(xì)胞活化時(shí)，NFAT不僅在核質(zhì)中調(diào)控IL-2等細(xì)胞因子的表達(dá)，同時(shí)部分NFAT也會(huì)進(jìn)入到核仁中與NF45/NF90復(fù)合物相互作用，結(jié)合T細(xì)胞rDNA基因啟動(dòng)子上的ARRE2-like序列，協(xié)同促進(jìn)rDNA轉(zhuǎn)錄進(jìn)而激活T細(xì)胞(圖1)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在小鼠心臟和皮膚移植排斥模型中，以及臨床腎移植T 細(xì)胞介導(dǎo)的排斥反應(yīng)（TCMR）患者的樣本中rDNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(pre-rRNA)的水平均是升高的。據(jù)此，研究者將一種rDNA特異性轉(zhuǎn)錄抑制劑CX5461應(yīng)用在小鼠皮膚和心臟移植模型中，驚喜的發(fā)現(xiàn)CX5461相對(duì)于臨床常用藥物FK506能夠更有效延長(zhǎng)移植物的存活時(shí)間，并且具有更低的毒副作用。CX5461是生物制藥公司Senhwa Biosciences于2020年被FDA批準(zhǔn)可開(kāi)展用于治療攜帶BRCA2或PALB2突變的實(shí)體瘤患者Ib期臨床試驗(yàn)的一個(gè)first-in-class藥物。綜合以上，此研究揭示了一種T細(xì)胞活化的全新分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了核仁可作為免疫抑制劑開(kāi)發(fā)的新靶點(diǎn)，并成功將一個(gè)抗癌“老藥”CX5461的適應(yīng)癥擴(kuò)展到免疫抑制的領(lǐng)域。
圖1. NFAT和NF45 / NF90協(xié)同促進(jìn)rDNA轉(zhuǎn)錄和T細(xì)胞活化的示意圖
近日，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步圍繞核仁這一靶點(diǎn)，聯(lián)合清華大學(xué)黃來(lái)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在Acta Pharmaceutica Sinica B (JCR 1區(qū)，影響因子11.4)上發(fā)表了題為“PHF6 functions as a tumor suppressor by recruiting methyltransferase SUV39H1 to nucleolar region and offers a novel therapeutic target for PHF6-mutant leukemia”的文章（https://doi.org/10.1016/j.apsb.2021.10.025）。提出了針對(duì)PHF6突變型白血病的個(gè)性化治療方案。植物同源結(jié)構(gòu)域指蛋白6（Plant homeodomain finger protein 6, PHF6）的發(fā)現(xiàn)源于對(duì)“伯-福-萊三氏綜合癥（Borjeson-Forssman-Lehmann syndrome, BFLS）”的研究。BFLS是一種X染色體連鎖的家族遺傳性疾病，其典型癥狀為中度或重度智力發(fā)育遲滯和身體畸形。隨后，多個(gè)研究報(bào)道PHF6的突變與T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。═-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL）和急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）的發(fā)生和發(fā)展也密切相關(guān)。前期研究表明PHF6是一個(gè)細(xì)胞核仁定位蛋白，因此揭示PHF6在核仁中發(fā)揮何種功能以及其具體分子機(jī)制將能促進(jìn)我們對(duì)白血癥發(fā)生的理解，同時(shí)為預(yù)防和治療PHF6相關(guān)的白血病提供新的思路和方法。
在這項(xiàng)工作中，研究者發(fā)現(xiàn)PHF6具有兩個(gè)非典型的PHD結(jié)構(gòu)域，可以介導(dǎo)其與核仁染色質(zhì)組蛋白上的H3K9me3和H3K27me1結(jié)合，并將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1招募到核仁中，維持核仁rDNA基因座位染色質(zhì)的異染色質(zhì)狀態(tài)，從而抑制rDNA基因的轉(zhuǎn)錄和核糖體的組裝。PHF6的敲除導(dǎo)致SUV39H1向rDNA基因位點(diǎn)的募集減少，導(dǎo)致核仁區(qū)域組蛋白H3K9me3水平降低，并促進(jìn)rDNA轉(zhuǎn)錄。研究者也考察了多種PHF6臨床突變體的功能，發(fā)現(xiàn)這些突變體的核仁定位能力或識(shí)別和結(jié)合核仁區(qū)域H3K9me3的能力減弱，以至于其招募SUV39H1的能力降低，導(dǎo)致rDNA轉(zhuǎn)錄活性增加、體外白血病細(xì)胞增殖和體內(nèi)小鼠白血病異種移植物生長(zhǎng)（圖2）。更重要的是，在PHF6突變的臨床AML患者樣本中也觀(guān)察到rRNA前體分子的表達(dá)水平顯著升高，進(jìn)一步證明了體外研究結(jié)果。大劑量阿糖胞苷是治療AML最常用的治療方案，但常因?yàn)锳ML細(xì)胞對(duì)其耐藥性以及大劑量給藥造成的患者不耐受而使得治療失敗。本研究發(fā)現(xiàn)CX5461能夠顯著降低PHF6功能缺失的U937 AML細(xì)胞對(duì)阿糖胞苷的耐藥性。 總之，此研究揭示了PHF6 將甲基轉(zhuǎn)移酶 SUV39H1 募集到白血病的核仁區(qū)域從而抑制rDNA轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制為 PHF6 突變型白血病提供了一種有前景的個(gè)性化精準(zhǔn)治療方案。
圖2. PHF6 識(shí)別和結(jié)合核仁區(qū)域組蛋白H3K9me3，招募甲基化轉(zhuǎn)移酶SUV39H1 進(jìn)而抑制 rDNA 轉(zhuǎn)錄的示意圖
該兩項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)面上項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和深圳市科創(chuàng)委基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。
該團(tuán)隊(duì)依托中山大學(xué)藥學(xué)院（深圳）藥理學(xué)學(xué)科，已成功建立先進(jìn)的高通量遺傳文庫(kù)篩選技術(shù)平臺(tái)（CRISPR pooled gRNA libraries)，并利用此技術(shù)揭示和鑒定了多個(gè)免疫和腫瘤疾病的新的治療靶點(diǎn)，拓展了多個(gè)“老藥”的新用途。近三年相關(guān)成果分別在Cell Death & Differentiation （2021），The Journal of Pathology （2020）和 Nature Communications（2019）等雜志上發(fā)表。
