以核仁为治疗靶点拓展“老药”rDNA转录抑制剂CX5461新用途
核仁是细胞核中一个重要的亚细胞结构，其主要功能是转录核糖体RNA (Ribosomal RNA， rRNA) 和组装核糖体大小亚基。但近年的研究发现核仁还参与了多种重要的生物学过程，比如细胞周期调控、细胞衰老、细胞应激反应以及遗传性疾病等。但核仁是否可以作为药物作用靶点还存在争论，目前还没有以核仁为靶点的治疗药物被批准上市。
中山大学药学院（深圳）邓文斌教授、陈红波副教授和程芳副教授以共同通讯作者在EMBO Molecular Medicine (JCR 1区，影响因子12.1)发表了题为“NF45/NF90-mediated rDNA transcription provides a novel target for immunosuppressant development”的文章 (DOI： 10.15252/emmm.202012834)。该研究发现一个核仁定位的蛋白复合体NF45/ NF90可以通过调控核糖体DNA（Ribosomal DNA， rDNA）转录影响T细胞的增殖和活化。经典的T细胞活化信号通路为“calcineurin-NFAT”信号通路。在活化信号刺激下，calcineurin (CaN)被激活，CaN对NFAT 去磷酸化，NFAT从细胞质转定位到细胞核中，并结合到IL-2启动子区域的ARRE2序列元件上，激活IL-2等细胞因子的转录，进而激活T细胞。器官移植开展至今，移植器官的保存、手术及术后处理已日益成熟，受者存活率有所增高，但移植排斥反应仍然是威胁受者长期存活的重要因素。目前器官移植科常用的环孢菌素A及FK506就是通过抑制 “calcineurin-NFAT” T细胞活化信号通路起作用。而在此项研究中，研究者发现当T细胞活化时，NFAT不仅在核质中调控IL-2等细胞因子的表达，同时部分NFAT也会进入到核仁中与NF45/NF90复合物相互作用，结合T细胞rDNA基因启动子上的ARRE2-like序列，协同促进rDNA转录进而激活T细胞(图1)。进一步研究发现在小鼠心脏和皮肤移植排斥模型中，以及临床肾移植T 细胞介导的排斥反应（TCMR）患者的样本中rDNA转录产物(pre-rRNA)的水平均是升高的。据此，研究者将一种rDNA特异性转录抑制剂CX5461应用在小鼠皮肤和心脏移植模型中，惊喜的发现CX5461相对于临床常用药物FK506能够更有效延长移植物的存活时间，并且具有更低的毒副作用。CX5461是生物制药公司Senhwa Biosciences于2020年被FDA批准可开展用于治疗携带BRCA2或PALB2突变的实体瘤患者Ib期临床试验的一个first-in-class药物。综合以上，此研究揭示了一种T细胞活化的全新分子机制，发现了核仁可作为免疫抑制剂开发的新靶点，并成功将一个抗癌“老药”CX5461的适应症扩展到免疫抑制的领域。
近日，该团队进一步围绕核仁这一靶点，联合清华大学黄来强教授团队在Acta Pharmaceutica Sinica B (JCR 1区，影响因子11.4)上发表了题为“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）。提出了针对PHF6突变型白血病的个性化治疗方案。植物同源结构域指蛋白6（Plant homeodomain finger protein 6， PHF6）的发现源于对“伯-福-莱三氏综合症（Borjeson-Forssman-Lehmann syndrome， BFLS）”的研究。BFLS是一种X染色体连锁的家族遗传性疾病，其典型症状为中度或重度智力发育迟滞和身体畸形。随后，多个研究报道PHF6的突变与T细胞急性淋巴细胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL）和急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）的发生和发展也密切相关。前期研究表明PHF6是一个细胞核仁定位蛋白，因此揭示PHF6在核仁中发挥何种功能以及其具体分子机制将能促进我们对白血症发生的理解，同时为预防和治疗PHF6相关的白血病提供新的思路和方法。
在这项工作中，研究者发现PHF6具有两个非典型的PHD结构域，可以介导其与核仁染色质组蛋白上的H3K9me3和H3K27me1结合，并将组蛋白甲基转移酶SUV39H1招募到核仁中，维持核仁rDNA基因座位染色质的异染色质状态，从而抑制rDNA基因的转录和核糖体的组装。PHF6的敲除导致SUV39H1向rDNA基因位点的募集减少，导致核仁区域组蛋白H3K9me3水平降低，并促进rDNA转录。研究者也考察了多种PHF6临床突变体的功能，发现这些突变体的核仁定位能力或识别和结合核仁区域H3K9me3的能力减弱，以至于其招募SUV39H1的能力降低，导致rDNA转录活性增加、体外白血病细胞增殖和体内小鼠白血病异种移植物生长（图2）。更重要的是，在PHF6突变的临床AML患者样本中也观察到rRNA前体分子的表达水平显着升高，进一步证明了体外研究结果。大剂量阿糖胞苷是治疗AML最常用的治疗方案，但常因为AML细胞对其耐药性以及大剂量给药造成的患者不耐受而使得治疗失败。本研究发现CX5461能够显着降低PHF6功能缺失的U937 AML细胞对阿糖胞苷的耐药性。 总之，此研究揭示了PHF6 将甲基转移酶 SUV39H1 募集到白血病的核仁区域从而抑制rDNA转录的分子机制，通过该机制为 PHF6 突变型白血病提供了一种有前景的个性化精准治疗方案。
