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南开新闻网讯（记者 吴军辉）南开大学药学院、药物化学生物学国家重点实验室杨娜课题组与中科院生物物理所许瑞明、范组森课题组展开联合研究，揭示了MLL1-AF10融合蛋白通过AF10的OM-LZ结构域与DOT1L非催化区的Coiled-Coil结构域形成寡聚体，引发急性白血病发生的分子机制。这一发现为相关药物研发提供了重要依据，也为急性白血病的治疗提供了新的思路。日前，介绍该工作的论文在线发表于美国科学院院刊PNAS杂志。
白血病是严重危害人类健康的恶性血液疾病，在我国的发病率约为3/10万，其恶性程度和致死率高，特别是在儿童恶性肿瘤致死率中高居榜首。根据发病周期可分为慢性和急性两类，电影《我不是药神》中的“格列宁”就是针对慢性白血病的靶向酪氨酸激酶的特效药。急性白血病在我国的发病率大概是慢性白血病的5倍，特别在儿童中高发，主要分为急性淋巴细胞白血病（ALL）和急性髓细胞白血病（AML）。
通过研究，人们已知MLL1（混合谱系白血病1）基因的染色体异位与急性白血病的发生密切相关，约5%-10%的成人急性白血病和60%-80%的婴儿畸形白血病是由于MLL易位造成。发生染色体易位的MLL1与其他蛋白形成致癌融合蛋白，这些融合蛋白保留了MLL1的DNA定位区域，丢失了SET甲基化酶催化结构域，因此可将融合蛋白的功能带到MLL1调节的基因区域。例如MLL1-AF10融合蛋白，可通过AF10（10号染色体急性淋巴细胞白血病相关基因）招募组蛋白H3K79位甲基转移酶DOT1L，上调MLL1定位区域组蛋白H3K79位的甲基化水平，造成下游MLL1调控的与白血病相关基因的异常高表达，如MEIS1、HOXA基因簇等，引发白血病的发生。
既有研究发现，人源MLL1-AF10融合蛋白通过AF10的OM-LZ结构域与DOT1L发生直接的相互作用，然而DOT1L与AF10相互作用的具体部位、相互作用的分子机制仍有待揭示，针对二者相互作用的干扰剂的设计也将为MLL1融合蛋白引发的急性白血病的治疗提供新的思路。
基于这一思路，南开大学和中科院生物物理所的联合研究团队，首先确定了人源DOT1L四个串联的Coiled Coil（CC）结构域是与AF10的OM-LZ结构域相互作用的部位。进一步分析发现，前面两个CC结构域与AF10相互作用更强，并且在溶液中形成八聚体的寡聚形式。利用X-射线晶体学手段，研究者解析了DOT1L的前两个CC结构域与AF10复合物的晶体结构。结构分析显示DOT1L-AF10的相互作用主要依赖一种亮氨酸拉链结构。
更为重要的是，通过结构分析，研究人员获得了生理状态八聚体形成的两个主要界面的关键残基。通过细胞内荧光共定位实验，研究人员进一步证明了上述八聚体形成的关键残基不影响DOT1L-AF10之间的相互作用，并通过白血病克隆形成实验、细胞核染色观察等手段验证了DOT1L-AF10复合体的寡聚形式与二者之间的相互作用一样，对白血病细胞的增殖和去分化至关重要。并通过染色质免疫共沉淀、定量PCR等手段，验证了这种寡聚形式对MLL1-AF10招募DOT1L到特定基因区域，进而影响下游白血病相关基因的表达水平发挥的重要影响。
“简单来说，这项研究工作解析了MLL1-AF10致癌融合蛋白招募DOT1L的结构基础和分子机制，发现除了AF10-DOT1L之间的相互作用外，二者形成复合体的寡聚形式同样对MLL1-AF10融合蛋白的致病性起到关键作用。这一发现为基于AF10-DOT1L相互作用和寡聚形式的干扰剂的设计和开发提供了重要依据，也为急性白血病的治疗提供了新的思路。”杨娜说。
论文链接：https://www.pnas.org/content/early/2019/09/11/1904672116
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