最近,在发表于《科学通报》的一项工作中,浙江大学医学院万伟课题组和湖南第一师范学院许银丰课题组合作发现,亚精胺是一种新的核糖体DNA(rDNA)转录抑制剂。他们的研究成果表明,抑制rDNA转录可能是亚精胺发挥抗癌作用的重要机制之一。
核糖体是细胞内合成蛋白质的唯一细胞器,主要由核糖体RNA和核糖体蛋白组装形成。核糖体的生物发生包含多个不同的步骤,是细胞内重要的合成代谢途径之一。核仁(nucleolus)是真核生物核糖体生物发生的主要场所,包括rRNA的合成、剪切和加工,rRNA和核糖体蛋白组装成核糖体的大小亚基等过程均在核仁处完成。组装完成的核糖体大小亚基随后被转运至细胞质中进一步组装成完整的有功能的核糖体。哺乳动物细胞的核糖体DNA在核仁处呈现串联重复的排列方式,单个细胞一般包含成百上千个rDNA拷贝。rDNA转录生成rRNA是核糖体生物发生的关键限速步骤之一。
在正常细胞内,rDNA的转录活性受到营养状态的严密调控。而在癌细胞内,癌基因的激活、抑癌基因的失活和生长相关信号通路的失调等多种不同的机制均可导致rDNA的转录绕过营养状态的控制。癌细胞内异常激活的rDNA转录是癌细胞快速生长、增殖的必要前提,也是癌细胞的共有特征之一。目前已经应用于临床的抗癌药物顺铂(cisplatin)和奥沙利铂(oxaliplatin)均被发现可以干扰rDNA的转录,提示抑制癌细胞内异常激活的rDNA转录有望开发出新的抗癌药物。
本文作者既往的一项研究显示,核仁处的TP53INP2蛋白通过促进转录起始复合物在rDNA启动子区的组装激活细胞内的rDNA转录。有趣的是,TP53INP2的核仁定位是其激活rDNA转录的必要条件。也就是说,TP53INP2的核仁定位可以用来方便、快捷地指示细胞内的rDNA转录活性。在本项研究中,作者发现亚精胺可抑制TP53INP2的核仁定位,提示亚精胺可能抑制细胞内rDNA的转录。在后续的研究中,他们证实亚精胺可显著降低rDNA的转录活性,进而减少细胞内前体rRNA 47SrRNA的含量。机制研究表明,亚精胺可抑制蛋白激酶mTORC1的必需亚基Raptor的乙酰化并降低细胞内mTORC1的活性,进而抑制rDNA的转录。功能研究揭示,亚精胺可显著抑制蛋白的合成和细胞的增殖。