中大新聞網訊（通訊員陳紅波）核仁是細胞核中一個重要的亞細胞結構，其主要功能是轉錄核糖體RNA (Ribosomal RNA, rRNA) 和組裝核糖體大小亞基。但近年的研究發現核仁還參與了多種重要的生物學過程，比如細胞周期調控、細胞衰老、細胞應激反應以及遺傳性疾病等。但核仁是否可以作為藥物作用靶點還存在爭論，目前還沒有以核仁為靶點的治療藥物被批準上市。
2021年3月，中山大學藥學院（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，影響因子12.1)發表了題為“NF45/NF90-mediated rDNA transcription provides a novel target for immunosuppressant development”的文章 (DOI: 10.15252/emmm.202012834)。該研究發現一個核仁定位的蛋白復合體NF45/ NF90可以通過調控核糖體DNA（Ribosomal DNA， rDNA）轉錄影響T細胞的增殖和活化。經典的T細胞活化信號通路為“calcineurin-NFAT”信號通路。在活化信號刺激下，calcineurin (CaN)被激活，CaN對NFAT 去磷酸化，NFAT從細胞質轉定位到細胞核中，并結合到IL-2啟動子區域的ARRE2序列元件上，激活IL-2等細胞因子的轉錄，進而激活T細胞。器官移植開展至今，移植器官的保存、手術及術后處理已日益成熟,受者存活率有所增高，但移植排斥反應仍然是威脅受者長期存活的重要因素。目前器官移植科常用的環孢菌素A及FK506就是通過抑制 “calcineurin-NFAT” T細胞活化信號通路起作用。而在此項研究中，研究者發現當T細胞活化時，NFAT不僅在核質中調控IL-2等細胞因子的表達，同時部分NFAT也會進入到核仁中與NF45/NF90復合物相互作用，結合T細胞rDNA基因啟動子上的ARRE2-like序列，協同促進rDNA轉錄進而激活T細胞(圖1)。進一步研究發現在小鼠心臟和皮膚移植排斥模型中，以及臨床腎移植T 細胞介導的排斥反應（TCMR）患者的樣本中rDNA轉錄產物(pre-rRNA)的水平均是升高的。據此，研究者將一種rDNA特異性轉錄抑制劑CX5461應用在小鼠皮膚和心臟移植模型中，驚喜的發現CX5461相對于臨床常用藥物FK506能夠更有效延長移植物的存活時間，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批準可開展用于治療攜帶BRCA2或PALB2突變的實體瘤患者Ib期臨床試驗的一個first-in-class藥物。綜合以上，此研究揭示了一種T細胞活化的全新分子機制，發現了核仁可作為免疫抑制劑開發的新靶點，并成功將一個抗癌“老藥”CX5461的適應癥擴展到免疫抑制的領域。
圖1. NFAT和NF45 / NF90協同促進rDNA轉錄和T細胞活化的示意圖
近日，該團隊進一步圍繞核仁這一靶點，聯合清華大學黃來強教授團隊在Acta Pharmaceutica Sinica B (JCR 1區，影響因子11.4)上發表了題為“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PHF6突變型白血病的個性化治療方案。植物同源結構域指蛋白6（Plant homeodomain finger protein 6, PHF6）的發現源于對“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育遲滯和身體畸形。隨后，多個研究報道PHF6的突變與T細胞急性淋巴細胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL）和急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）的發生和發展也密切相關。前期研究表明PHF6是一個細胞核仁定位蛋白，因此揭示PHF6在核仁中發揮何種功能以及其具體分子機制將能促進我們對白血癥發生的理解，同時為預防和治療PHF6相關的白血病提供新的思路和方法。
在這項工作中，研究者發現PHF6具有兩個非典型的PHD結構域，可以介導其與核仁染色質組蛋白上的H3K9me3和H3K27me1結合，并將組蛋白甲基轉移酶SUV39H1招募到核仁中，維持核仁rDNA基因座位染色質的異染色質狀態，從而抑制rDNA基因的轉錄和核糖體的組裝。PHF6的敲除導致SUV39H1向rDNA基因位點的募集減少，導致核仁區域組蛋白H3K9me3水平降低，并促進rDNA轉錄。研究者也考察了多種PHF6臨床突變體的功能，發現這些突變體的核仁定位能力或識別和結合核仁區域H3K9me3的能力減弱，以至于其招募SUV39H1的能力降低，導致rDNA轉錄活性增加、體外白血病細胞增殖和體內小鼠白血病異種移植物生長（圖2）。更重要的是，在PHF6突變的臨床AML患者樣本中也觀察到rRNA前體分子的表達水平顯著升高，進一步證明了體外研究結果。大劑量阿糖胞苷是治療AML最常用的治療方案，但常因為AML細胞對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。本研究發現CX5461能夠顯著降低PHF6功能缺失的U937 AML細胞對阿糖胞苷的耐藥性。 總之，此研究揭示了PHF6 將甲基轉移酶 SUV39H1 募集到白血病的核仁區域從而抑制rDNA轉錄的分子機制，通過該機制為 PHF6 突變型白血病提供了一種有前景的個性化精準治療方案。
圖2. PHF6 識別和結合核仁區域組蛋白H3K9me3，招募甲基化轉移酶SUV39H1 進而抑制 rDNA 轉錄的示意圖
該兩項研究工作得到了國家自然科學面上項目、廣東省自然科學基金面上項目和深圳市科創委基礎研究重點項目的支持。
該團隊依托中山大學藥學院（深圳）藥理學學科，已成功建立先進的高通量遺傳文庫篩選技術平臺（CRISPR pooled gRNA libraries)，并利用此技術揭示和鑒定了多個免疫和腫瘤疾病的新的治療靶點，拓展了多個“老藥”的新用途。近三年相關成果分別在Cell Death & Differentiation （2021），The Journal of Pathology （2020）和 Nature Communications（2019）等雜志上發表。
