PML X亚型招募P62入核介导砷剂诱导PML-RARα融合蛋白降解的机制研究

Arsenic trioxide (As2O3) is one of the most effective therapeutic agents for patient with acute promyelocytic leukemia (APL). Recently, it has been found that As2O3 major targeted PML region of PML-RARα fusion protein, inducing PML transferred from soluble to insoluble, finally degraded by ubiquitin-proteasome depended pathway. However, the molecular mechanism is still unknown. In our preliminary experiment, we found that P62/SQSTM1 (autophagy-related specific protein) may mediate the nuclear shuttle of PML X isoforms . Besides, data has indicated that only PML X protein (but not other PML isoforms) could recruit and upregulate p62 protein expression. In addition, As2O3 has further enhanced p62 protein expression only in the presence of PML X isoform. Given these discovery, the interesting new results call into questions why p62 is involved in the process of PML transferred from soluble to insoluble. In this proposal, we are trying to answer the following issues; (A) How the PML protein isoform interacted with p62 proteins? (B) What is the molecular mechanism for the recruitment and induction of p62 by PML X protein? (C) What is the exact biological function of p62 for nuclear shuttling of PML X isoforms? Our results are expected to explain the exact mechanism of the process of PML transferred from soluble to insoluble and which will improve the life span of APL patients after treatment of arsenic in near future.

砷剂是目前治疗急性早幼粒细胞白血病的有效药物之一，研究发现砷剂主要作用于PML-RARα融合蛋白的PML部分，诱导PML蛋白从可溶转变为不可溶，继而经蛋白酶体途径降解，最终达到治疗目的。目前砷剂治疗APL存在一定的瓶颈，但是具体原因尚不明确。本课题组研究发现，PML的七种亚型中PML X具有更灵敏的砷剂反应性，并且只有PML X亚型可以招募P62蛋白入核并与其共定位，进一步研究发现PML X亚型蛋白是连接P62与PML-RARα融合蛋白的关键蛋白并参与砷剂诱导的PML-RARα融合蛋白降解过程。本项目拟解决以下科学问题：1.揭示P62与PML X亚型相互作用关系，并明确PML X亚型招募P62入核参与PML-RARα降解的关键作用；2.阐明PML X蛋白介导砷剂调控PML-RARα降解的分子机制，明确PML X在砷剂治疗APL过程中重要意义，为临床治疗白血病提供新靶点及新思路。

项目背景：As2O3作用位点是PML-RARα融合蛋白的PML部分，同时也可以作用于正常的PML蛋白，诱导其多聚化并招募其它蛋白，发生SUMO化和泛素化，最终通过泛素-蛋白酶体途径降解。本课题前期研究发现，七种PML亚型中PML X型蛋白对砷剂最敏感，并能够改变其它亚型蛋白对As2O3的反应性，暗示其在PML-RARα蛋白降解过程中发挥重要的作用。目前PML蛋白对As2O3的敏感性及其参与As2O3降解PML-RARα融合蛋白的分子机制仍未可知，有待进一步探索。主要研究内容：1. 探索不同PML亚型对As2O3的敏感性。2. 鉴定PML X的特异性结合蛋白，揭示其功能和作用。3. 阐明PML X型蛋白在As2O3降解PML-RARα融合蛋白过程中的作用机理。重要结果及关键数据：1. 不同亚型的PML蛋白对As2O3的敏感性研究。在七种不同亚型的PML蛋白中，PML X型蛋白对As2O3最为敏感，该过程由PML X型蛋白特异性C端7ab区域介导；蛋白质组学结果显示P62能够与PML X型蛋白发生特异性相互作用；PML X型蛋白可直接影响其它PML亚型蛋白的溶性改变速率。2. PML X型蛋白与其特异性结合蛋白P62的相互作用研究。PML X型蛋白的C末端氨基酸序列（591-611aa）与P62蛋白中氨基酸序列（228-257aa）相互作用；PML X型蛋白可招募P62蛋白入核并抑制其降解；P62蛋白在As2O3的作用下可与PML X型蛋白共同在核基质中积聚；P62蛋白不参与As2O3诱导PML X型蛋白溶性转变过程。3. PML X型蛋白在As2O3诱导PML-RARα融合蛋白降解过程中的功能研究。P62蛋白可特异性促进PML X型蛋白的泛素化，而对其它亚型无效；PML X介导PML-RARα融合蛋白与P62蛋白的相互作用，促进其自噬溶酶体途径的降解。科学意义：本课题的意义在于，发现PML X型蛋白特有的生物学功能，及其在As2O3治疗急性早幼粒细胞白血病过程中的作用，有助于增强对PML蛋白的全面认识、完善As2O3的治疗机制，为生物标志物或药物开发及临床治疗提供基础理论依据。