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急性早幼粒细胞白血病(APL)是一种特殊类型的急性白血病,其细胞遗传学特点是95%以上患者的白血病细胞中存在一种特异的染色体平衡易位t(15;17)(q22;q21),受累的两个基因分别为15号染色体上的早幼粒细胞白血病(PML)基因和17号染色体上的维甲酸受体α(RARα)基因。染色体易位产生的PML-RARα融合基因在白血病的发病中起着至关重要的作用。全反式维甲酸(ATRA)和三氧化二砷(As2O3)是治疗APL的两个十分有效的药物,其中As2O3可以选择性地诱导PML-RARα降解发挥治疗作用,还可以导致野生型PML的降解,而对RARα没有作用,提示As2O3是通过PML部分发挥作用的。
然而As2O3如何实现特异性调节PML和PML-RARα的蛋白降解仍不清楚,砷剂的生物学效应是通过与蛋白空间结构中邻近的半胱氨酸残基的相互作用来介导的。PML的N端具有一个RBCC(RING-Bbox-coiledcoil)结构域,其中RING(R)和Bbox结构域包含多个保守的空间上邻近的半胱氨酸/组氨酸结构,具有Zn金属离子结合特点,理论上具有与As结合的结构基础,而PML-RARα保留了完整的PMLRBCC结构域。
本研究中我们证明了砷(As)结合到PML的RBCC结构域,选择性地调节PML和PML-RARα。As能够促进PML和PML-RARα的核基质转移以及SUMO/泛素化修饰,并且能够诱导PML核体(NBs)的聚集。As在细胞内和体外均能够与PML和PML-RARα相互作用,并且是通过PMLRBCC结构域中保守的半胱氨酸残基结合的,PMLRBCC结构域的各锌指结构中,重组的PML-R和As的亲和力最高。As的结合能够诱导PML-R的构象变化和多聚化,这可能也是As诱导PML和PML-RARα发生核基质转移以及PMLNBs聚集的分子基础,这些蛋白进而在核基质和PMLNBs中发生修饰和降解。
本研究结果表明PMLRBCC结构域是As的直接作用靶点,As通过结合PMLRBCC结构域调节PML和PML-RARα的代谢的,进一步阐明了砷剂特异性治疗APL的分子机制。