Nat Comm丨蘇瑞/Chun-Wei Chen/李曉波合作揭示DDX6介導(dǎo)的液-液相分離在腫瘤代謝和耐藥中的作用和機(jī)制

真核細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)依賴于膜結(jié)合和非膜結(jié)合的細(xì)胞器，從而實現(xiàn)對基因表達(dá)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和生物過程的精確時空調(diào)控。 越來越多的證據(jù)表明，無膜核糖核蛋白（ RNP ）顆粒是通過特定 RNA 與 RNA 結(jié)合蛋白之間的相互作用形成的動態(tài)液 - 液相分離（ LLPS ）凝聚體，并在轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮重要作用 。 應(yīng)激顆粒（ stress granules ）和 P 小體（ processing bodies ）是細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)化上保守且 最常見的 RNP 顆粒。 應(yīng)激顆粒 在應(yīng)激條件下翻譯起始受到抑制時形成，包含處于翻譯過程中停滯的 mRNA 。 P 小體最初被認(rèn)為是 mRNA 降解的主要場所 因為其中富集了解帽和降解相關(guān)的 RNA 結(jié)合蛋白【1】。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，聚集在 P 小體 中的轉(zhuǎn)錄本可以離開 P 小體 并重新進(jìn)入翻譯過程【2-5】。 這些研究支持了一個頗具爭議的結(jié)論，即 P 小體主要是 mRNA 的儲存場所而非降解場所，從而凸顯了在特定生物學(xué)背景下重新審視并深入研究 其 在基因表達(dá)調(diào)控中確切作用的必要性。

急性髓系白血病（ AML ）是一種造血系統(tǒng)惡性腫瘤，其特征為髓系分化受阻及未成熟祖細(xì)胞的克隆性增殖。僅約 30% 的 AML 患者能夠存活超過 5 年，而且近幾十年來這一生存率并未顯著改善。越來越多的證據(jù)表明，耐藥細(xì)胞能夠快速適應(yīng)應(yīng)激微環(huán)境，從而幫助其抵抗化療。然而，細(xì)胞質(zhì)中的 RNP 顆粒是否以及如何參與白血病發(fā)生或化療耐藥仍不清楚。 AML 細(xì)胞，包括白血病干細(xì)胞（ LSCs ），在應(yīng)激微環(huán)境下表現(xiàn)出高度可塑性，并通過代謝適應(yīng)維持不受控制的增殖，這一現(xiàn)象被稱為代謝重編程。與主要依賴糖酵解的正常造血干細(xì)胞（ HSCs ）不同， AML 細(xì)胞，尤其是 LSCs ，高度依賴線粒體氧化磷酸化（ OxPhos ）進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化。這種代謝重塑在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中日益受到關(guān)注，并成為開發(fā)創(chuàng)新療法的重要方向。盡管已有這些研究發(fā)現(xiàn)，白血病發(fā)生、 RNP 顆粒與代謝重編程之間的關(guān)系仍不清晰。

近期，美國希望之城國家醫(yī)療中心（ City of Hope National Medical Center ）蘇瑞 課題組聯(lián)合 梅奧診所Chun-Wei Chen課題組 以及哈爾濱醫(yī)科大學(xué)李曉波課題組 ，在 Nature C ommunications 上 發(fā)表題為

DDX6 undergoes phase separation to modulate metabolic plasticity and chemoresistance

為探究 LLPS 在 AML 發(fā)生中的作用，研究團(tuán)隊構(gòu)建了一個包含 2,084 個 sgRNA 的 CRISPR 文庫，靶向所有高置信度的 應(yīng)激顆粒和 P 小體 相關(guān)蛋白，并用于體外細(xì)胞及體內(nèi)動物模型的篩選 。 該 分析結(jié)果顯示， DDX6 是 AML 中最具潛力的靶點之一 。 DDX6 具有一個 RecA 樣 DEAD 結(jié)構(gòu)域和一個解旋酶結(jié)構(gòu)域 ，它在 N 端和 C 端包含兩個預(yù)測的內(nèi)在無序區(qū)域（ IDR ）。 通過多種正交實驗 ， 包括 體外和體內(nèi) FRAP 和液滴形成實驗， 研究團(tuán)隊證明 DDX6 能夠發(fā)生液 - 液相分離 并觸發(fā) P 小體組裝 。該研究進(jìn)一步構(gòu)建多個 DDX6 截短體證實 其 N 端本征無序區(qū)（ IDR ）和 DEAD 結(jié)構(gòu)域?qū)ζ? LLPS 能力至關(guān)重要。此外，加入 poly(U)-RNA （而非 poly(C)-RNA ）可顯著增強(qiáng) DDX6 液滴的組裝 。

為了評估 DDX6 ，尤其是其液 - 液相分離（ LLPS ）能力，在白血病發(fā)生中的作用，該團(tuán)隊綜合使用多種不同遺傳背景的 AML 模型，包括 AML 患者來源異種移植（ PDX ）模型，發(fā)現(xiàn) DDX6 敲除可顯著抑制 AML 細(xì)胞生長，促進(jìn) AML 細(xì)胞向髓系分化，并抑制 LSC 克隆形成能力。最重要的是，這些功能可以通過過表達(dá)野生型 DDX6 得到回補(bǔ)，但無法通過缺失 LLPS 能力的 DDX6 截短體回補(bǔ)，表明 DDX6 在 AML 中的功能在很大程度上依賴于其觸發(fā) LLPS 和 P 小體組裝的能力 。此外， Ddx6 條件性敲除小鼠的表型分析顯示， Ddx6 的雜合或純合敲除對正常造血功能影響極輕微，提示 DDX6 可能是一個潛在的 AML 治療靶點。

綜合多組學(xué)分析（包括 CLIP-seq 、 RNA-seq 和 P 小體 RNA-seq ）表明，與 DDX6 結(jié)合但分布在 P 小體外的轉(zhuǎn)錄本相比， DDX6 結(jié)合且在 P 小體中富集的轉(zhuǎn)錄本具有顯著更低的 GC 含量。此外，在 DDX6 敲除后表達(dá)水平下降的 DDX6 結(jié)合且在 P 小體中富集的轉(zhuǎn)錄本，其 GC 含量遠(yuǎn)低于在 DDX6 敲除后表達(dá)水平上升的、 DDX6 結(jié)合但分布在 P 小體外的轉(zhuǎn)錄本。這些發(fā)現(xiàn)提示， P 小體可能是那些可直接與 DDX6 蛋白相互作用且 GC 含量較低的 mRNA 的 “ 儲存庫 ” 。 DDX6 敲除會導(dǎo)致 P 小體解體，從而引發(fā)這些依賴 LLPS 的 DDX6 靶標(biāo) mRNA 的降解。值得注意的是， BCAT1 mRNA （ GC 含量： 37% ）在 DDX6 敲除后是下調(diào)最顯著的轉(zhuǎn)錄本 ，并且在急性髓系白血病（ AML ）中與 DDX6 表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)。一系列單分子水平的實驗進(jìn)一步表明， BCAT1 mRNA 富集于 P 小體中，并未在 P 小體內(nèi)被降解；相反， P 小體作為 DDX6 結(jié)合且 GC 含量低的轉(zhuǎn)錄本（如 BCAT1 ）的儲存場所 ，將這些 mRNA 從類液體的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中保護(hù)起來，防止其降解。

BCAT1 將支鏈氨基酸（ BCAAs ）轉(zhuǎn)化為支鏈酮酸，后者進(jìn)一步脫羧生成乙酰輔酶 A 和琥珀酰輔酶 A ，從而促進(jìn)三羧酸循環(huán)并驅(qū)動氧化磷酸化（ OxPhos ）產(chǎn)生大量 ATP 。在 AML 細(xì)胞中， DDX6 基因敲除顯著降低 OxPhos ，而 BCAT1 的過表達(dá)在很大程度上逆轉(zhuǎn)了這一效應(yīng)。同位素示蹤代謝組學(xué)分析顯示， DDX6 敲除通過下調(diào) BCAT1 表達(dá)顯著影響了 AML 中 BCAA 代謝。體內(nèi)外功能實驗進(jìn)一步表明， DDX6 敲除或 BCAT1 敲低顯著提高 AML 細(xì)胞對一線化療藥物阿糖胞苷（ Ara-C ）的敏感性，并顯著延長小鼠存活時間；同時， DDX6 敲除 誘導(dǎo)的敏感性可通過 BCAT1 過表達(dá)部分逆轉(zhuǎn)。這些結(jié)果表明， BCAT1 是 DDX6 在 AML 中功能上必需的靶標(biāo)，介導(dǎo)其在白血病發(fā)生和耐藥中的作用。

總而言之，該研究表明DDX6作為一種能夠發(fā)生液-液相分離（LLPS）并觸發(fā)P小體組裝的蛋白，選擇性地將GC含量低的mRNA（如BCAT1 mRNA）富集到P小體中，從而保護(hù)其免于降解并維持穩(wěn)態(tài)水平。通過正向調(diào)控 BCAT1 表達(dá)并重編程氨基酸代謝， DDX6 介導(dǎo)了急性髓系白血病（ AML ）細(xì)胞對標(biāo)準(zhǔn)化療藥物阿糖胞苷（ Ara-C ）的耐藥性。

美國希望之城國家醫(yī)療中心畢紅杰博士，李巍博士，任里力博士為本文的共同第一作者 。 梅奧 診所 Chun-Wei Chen 教授為本文的共同通訊作者，其研究方向主要聚焦于開發(fā)和拓展基因編輯工具 CRISPR 的新方法。目前， Chun-Wei Chen 課題組 ( https://www.mayo.edu/research/labs/gene-editing-cellular-engineering/overview ) 有多個博士后職位空缺，歡迎感興趣的博士后及博士研究生聯(lián)系。

簡歷投遞（ 有意者請將個人簡歷等材料發(fā)至 ）：

https://jinshuju.net/f/ZqXwZt或掃描二維碼投遞簡歷

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66966-4

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. Sheth U, Parker R. Decapping and decay of messenger RNA occur in cytoplasmic processing bodies.Science. 2003;300:805-8.

2. Brengues M, Teixeira D, Parker R. Movement of eukaryotic mRNAs between polysomes and cytoplasmic processing bodies.Science.2005;310:486-9.

3. Bhattacharyya SN, Habermacher R, Martine U, Closs EI, Filipowicz W. Relief of microRNA-mediated translational repression in human cells subjected to stress.Cell.2006;125:1111-24.

4. Eulalio A, Behm-Ansmant I, Schweizer D, Izaurralde E. P-body formation is a consequence, not the cause, of RNA-mediated gene silencing.Mol Cell Biol.2007;27:3970-81.

5. Horvathova I, Voigt F, Kotrys AV, et al. The Dynamics of mRNA Turnover Revealed by Single-Molecule Imaging in Single Cells.Mol Cell. 2017;68:615-625.e9.

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