生物前沿

日前，由南開大學(xué)藥學(xué)院、藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點實驗室楊娜課題組與中科院生物物理所許瑞明、范組森課題組展開聯(lián)合研究，揭示了致癌融合蛋白MLL1-AF10招募組蛋白甲基化酶DOT1L并形成寡聚體的分子機制，這也是引發(fā)急性白血病的重要分子機制之一。這一發(fā)現(xiàn)為相關(guān)藥物研發(fā)提供了重要依據(jù)，也為急性白血病的治療提供了新思路。相關(guān)研究論文在線發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

白血病已連續(xù)多年成為我國兒童惡性腫瘤發(fā)病率、致死率最高的疾病。兒童及青少年患者中約90%是急性白血病，主要分為急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)和急性髓細(xì)胞白血病(AML)。

發(fā)現(xiàn)造成急性白血病干預(yù)的新策略和新靶點

白血病根據(jù)發(fā)病周期可分為慢性和急性兩類，電影《我不是藥神》中的“格列寧”就是針對慢性白血病并靶向酪氨酸激酶的特效藥。急性白血病在我國的發(fā)病率大概是慢性白血病的5倍，目前我國還沒有針對急性白血病的靶向特效藥上市。

之前的研究發(fā)現(xiàn)，MLL1(混合譜系白血病1)基因的染色體異位與急性白血病的發(fā)生密切相關(guān)，約5%—10%的成人急性白血病和60%—80%的兒童急性白血病是由MLL1易位造成。“為什么發(fā)生染色體易位的MLL1與其他蛋白形成的融合蛋白，和以前不一樣了就會致癌呢?它致癌的分子機制又是什么?”楊娜表示，發(fā)現(xiàn)這個分子機制是什么，并且進行干預(yù)干擾，就可能起到治療急性白血病的作用。

楊娜團隊通過研究發(fā)現(xiàn)，這些融合蛋白雖然丟失了組蛋白H3K4甲基化酶催化結(jié)構(gòu)域，但保留了MLL1的DNA定位區(qū)域，因此可將融合蛋白的功能帶到MLL1調(diào)節(jié)的基因區(qū)域。例如MLL1-AF10融合蛋白，可通過AF10(10號染色體急性淋巴細(xì)胞白血病相關(guān)基因)蛋白招募組蛋白H3K79位甲基轉(zhuǎn)移酶DOT1L，上調(diào)MLL1定位區(qū)域組蛋白H3K79位的甲基化水平，造成下游MLL1調(diào)控的與白血病相關(guān)基因MEIS1、HOXA等的異常高表達，從而引發(fā)白血病的發(fā)生。

楊娜解釋說，我們的遺傳物質(zhì)是由DNA纏繞在組蛋白上折疊壓縮而成的。表觀遺傳是遺傳物質(zhì)DNA序列以外的能夠決定我們性狀的因素，包括DNA上的甲基化修飾和組蛋白上的多種化學(xué)修飾等。甲基化修飾可比喻為只是遺傳物質(zhì)上的“裝飾”，與遺傳物質(zhì)上主要的DNA堿基序列不同。通俗說，就像兩件款式、顏色相同的連衣裙，這些修飾就像是裙子上的花邊，花邊的種類、數(shù)量和位置不同，兩件裙子的樣式也不盡相同，甲基化修飾就是裙子上的花邊。通常DNA纏繞在組蛋白上，組蛋白甲基修飾不同位點，性狀差別就會很大。正常情況下組蛋白H3的第4位被甲基化修飾，而急性白血病患者體內(nèi)該蛋白的第79位被甲基化修飾，從而造成與急性白血病相關(guān)基因的表達上調(diào)。就像一件裙子的花邊本來在裙擺上，現(xiàn)在通過某種連接物質(zhì)——AF10與甲基轉(zhuǎn)移酶DOT1L的相互作用，把花邊“粘”在了袖子上，這種異常的甲基化修飾造成了白血病相關(guān)基因的異常高表達。

將圍繞打破這種寡聚形式來設(shè)計小分子干擾劑

基于這一思路，南開大學(xué)和中科院生物物理所的聯(lián)合研究團隊，通過白血病克隆形成實驗、細(xì)胞核染色觀察、染色質(zhì)免疫共沉淀等手段驗證了DOT1L-AF10-DOT1L復(fù)合體的寡聚形式與相互作用，對白血病細(xì)胞的增殖和去分化至關(guān)重要。他們還發(fā)現(xiàn)，這種寡聚形式對MLL1-AF10招募DOT1L到特定基因區(qū)域，進而影響下游白血病相關(guān)基因的表達水平。

“簡單來說，我們進行了白血病細(xì)胞形成的實驗?zāi)M，克隆了白血病相關(guān)細(xì)胞，通過實驗解析了MLL1-AF10致癌融合蛋白招募DOT1L的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機制，發(fā)現(xiàn)除了AF10-DOT1L之間的相互作用外，二者形成復(fù)合體的寡聚形式同樣對MLL1-AF10融合蛋白的致病性起到關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)為基于AF10-DOT1L相互作用和寡聚體的干擾劑的設(shè)計和開發(fā)提供了重要依據(jù)，也為急性白血病的治療提供了新思路。”楊娜說，如果還拿連衣裙舉例，寡聚形式就是花邊的數(shù)量變多了。這次實驗證實，除了花邊位置發(fā)生變化，也就是“粘”到袖子上會破壞連衣裙的樣式外，花邊數(shù)量變多、花邊種類改變同樣會破壞連衣裙的樣式。

未來課題組將主要圍繞打破這種寡聚形式來設(shè)計小分子干擾劑，因為DOT1L與AF10的相互作用很強，很難通過小分子打開它們之間的作用，而只破壞它們的寡聚形式要相對容易，這就是他們提供的急性白血病治療新思路。