11月25日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell?Discovery在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)叢堯研究組聯(lián)合上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院蒙國(guó)宇研究組的最新合作研究成果：“Cryo-EM?structure of PML RBCC dimer reveals CC-mediated octopus-like nuclear body?assembly?mechanism”。該研究首次解析了PML46-256二聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了PML-RBCC結(jié)構(gòu)域的排布方式和PML蛋白的二聚模式，及獨(dú)特的“章魚(yú)狀”P(pán)ML核體組裝機(jī)制。該研究為以PML核體為中心的AML以及其他PML相關(guān)實(shí)體瘤的靶向治療和預(yù)后提供了理論基礎(chǔ)。
急性髓系白血病(AML)是最常見(jiàn)的血液惡性腫瘤，占所有急性白血病的70%，死亡率高且治療手段有限，復(fù)發(fā)率約為30%。早幼粒細(xì)胞白血病蛋白(PML)，又稱(chēng)TRIM19。PML基因與RARα基因融合，生成PML/RARα融合癌蛋白，是急性早幼粒細(xì)胞白血病(APL)的致病因素。PML蛋白在細(xì)胞核內(nèi)形成高度有序的PML核體(nuclear?bodies，NBs)，作為超分子復(fù)合體和無(wú)膜亞細(xì)胞器，廣泛參與DNA損傷反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞衰老等信號(hào)通路的調(diào)控。PML/RARα融合癌蛋白可以破壞PML核體，從而加速APL的發(fā)病進(jìn)程；PML蛋白異常還與某些實(shí)體瘤的發(fā)生和治療密切相關(guān)。然而，由于全長(zhǎng)PML蛋白難于純化及其在生理?xiàng)l件下高度聚集，PML的完整結(jié)構(gòu)及PML核體的組裝機(jī)制亟待闡明。
研究團(tuán)隊(duì)克服了PML蛋白極易聚集、分子量小、冷凍樣品分布的取向傾向性等困難，首次解析了PML46-256二聚體(分子量小于50kDa)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。結(jié)合交聯(lián)質(zhì)譜和生化分析，在分子水平上闡明了其RING、B1、B2和coiled-coil(CC)結(jié)構(gòu)域的折疊和分布，以及PML蛋白的二聚模式。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步綜合應(yīng)用交聯(lián)質(zhì)譜分析、AlphaFold?2預(yù)測(cè)、核體形成實(shí)驗(yàn)及哺乳動(dòng)物雙雜交實(shí)驗(yàn)等手段，進(jìn)一步完善了PML的結(jié)構(gòu)功能信息與PML核體的生物發(fā)生機(jī)制：在PML單體中，RING、B1和B2結(jié)構(gòu)域圍繞α3螺旋排列，并位于PML分子的外表面。隨后，通過(guò)以α6螺旋為中心的疏水相互作用界面形成PML二聚體。在PML二聚體的背景下，CC螺旋像兩條長(zhǎng)尾一樣從其兩側(cè)向外延伸，并遠(yuǎn)離α6-α6二聚界面。由α6螺旋介導(dǎo)的PML二聚體可能在coiled-coil結(jié)構(gòu)域的招募下像章魚(yú)觸須一樣把周?chē)腜ML分子拉近，并且RING和B1結(jié)構(gòu)域之間的結(jié)合界面可以促進(jìn)PML從寡聚化向更高階組裝的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步完成了PML蛋白的組裝和堆疊。同時(shí)，伴侶蛋白通過(guò)伴侶SIM和PML-SUMO相互作用的招募，加上LLPS的影響，最終形成了直徑為0.1至2μm的PML核體。
綜上所述，該研究首次解析了PML-RBCC二聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了PML蛋白的二聚模式，及其獨(dú)特的coiled-coil結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的“章魚(yú)狀”的PML核體招募與組裝機(jī)制，即PML二聚體(Dimer?A)的每個(gè)CC螺旋能夠與相鄰的PML二聚體(Dimer B)以反平行的方式相互作用，迅速招募臨近的PML分子，最終形成直徑約為2μm的無(wú)膜亞細(xì)胞器。該研究使得PML核體組裝的機(jī)制得到完善，為以PML核體為中心的AML以及其他PML相關(guān)實(shí)體瘤的靶向治療和預(yù)后提供了理論基礎(chǔ)。
上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院博士研究生譚陽(yáng)霞、分子細(xì)胞卓越中心博士研究生李佳蔚、上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/瑞金醫(yī)院博士研究生張士彥和張永磊為該論文共同第一作者。上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院蒙國(guó)宇教授和分子細(xì)胞卓越中心叢堯研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了上海市科委基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、“上海市教委高峰臨床醫(yī)學(xué)資助項(xiàng)目”、“上海高等學(xué)校特聘教授(東方學(xué)者)項(xiàng)目”等基金的支持。并得到國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究(上海)設(shè)施的冷凍電鏡系統(tǒng)、質(zhì)譜系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算分析系統(tǒng)和蛋白質(zhì)表達(dá)純化系統(tǒng)的大力支持。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-024-00735-3
PML46-256二聚體結(jié)構(gòu)及PML核體組裝機(jī)制。(a)PML46-256二聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。(b)PML核體通過(guò)獨(dú)特的“章魚(yú)狀”機(jī)制進(jìn)行組裝。(c)PML核體。(d)PML?NB的生物發(fā)生機(jī)制假說(shuō)。
