Nat Cell Biol?|?DOT1L通過拮抗PRC1.1守護白血病基因記憶

撰文丨易

DOT1L和Menin是致癌MLL融合蛋白（MLL-FP）發(fā)揮功能的關(guān)鍵輔助因子，其抑制劑在臨床前和臨床試驗中展現(xiàn)出治療潛力，尤其是Menin抑制劑已取得重要進展。然而，這兩種抑制劑（特別是DOT1L抑制劑）在細胞和臨床中表現(xiàn)出不同的反應(yīng)動力學(xué)和療效，暗示其作用機制存在未被充分認知的差異。一個關(guān)鍵的謎團是，DOT1L抑制劑引發(fā)的基因表達下調(diào)存在顯著延遲，而DOT1L催化產(chǎn)生的組蛋白H3第79位賴氨酸甲基化（H3K79me）作為一種缺乏已知主動去甲基化酶的穩(wěn)定修飾，提示其功能可能超越了傳統(tǒng)的促進轉(zhuǎn)錄延伸。同時，MLL復(fù)合物與Polycomb抑制復(fù)合物在發(fā)育基因調(diào)控中存在經(jīng)典的拮抗關(guān)系，但這一關(guān)系在MLL-FP白血病背景下如何被重塑，以及DOT1L在此軸心中扮演何種角色，尚不清楚。

近日，澳大利亞莫納什大學(xué)Omer Gilan和Chen Davidovich在Nature Cell Biology期刊發(fā)表題為DOT1L provides transcriptional memory through PRC1.1 antagonism的研究論文，揭示了DOT1L通過其催化的穩(wěn)定組蛋白修飾H3K79me，在物理層面直接拮抗PRC1.1復(fù)合物的活性，從而為活躍轉(zhuǎn)錄基因提供保護性“記憶”；在MLL重排白血病中，這一機制被癌蛋白劫持以維持致癌表達，而抑制DOT1L則會解除其對PRC1.1的阻斷，引發(fā)不可逆的Polycomb介導(dǎo)的基因沉默。

首先，研究 團隊 在人類和小鼠的MLL白血病細胞系中，利用針對DOT1L和Menin的抑制劑進行全基因組及表觀遺傳學(xué)聚焦的CRISPR-Cas9功能缺失篩選，以系統(tǒng)性鑒定對這兩種抑制劑敏感所必需的基因。功能基因組學(xué)篩選與驗證一致表明，PRC1.1復(fù)合物的核心組分（BCOR、PCGF1等）是DOT1L抑制劑和Menin抑制劑發(fā)揮抗白血病作用所必需的。在PRC1.1缺失的細胞中，抑制劑誘導(dǎo)的關(guān)鍵致癌基因（如Meis1）表達下調(diào)被顯著削弱，細胞分化程序被阻滯，并且在小鼠體內(nèi)模型中，Menin抑制劑的治療效益完全喪失，這確立了PRC1.1是兩種抑制劑下游的共同且關(guān)鍵的效應(yīng)執(zhí)行者。深入的分子機制剖析顯示，Menin抑制會誘導(dǎo)PRC1.1在部分MLL-FP靶基因上特異性沉積抑制性標(biāo)記H2AK119ub，而DOT1L抑制則引起全基因組范圍內(nèi)H2AK119ub的廣泛升高。然而，這種PRC1.1的激活并非源于MLL-FP從染色質(zhì)上解離的直接空間位阻效應(yīng)，也非轉(zhuǎn)錄活性降低的次級后果。通過整合多組學(xué)數(shù)據(jù)的精細分析，發(fā)現(xiàn)H2AK119ub的誘導(dǎo)強度與H3K79me2的基線水平及其丟失程度呈現(xiàn)極強的負相關(guān)性，而與MLL-FP結(jié)合或轉(zhuǎn)錄變化的關(guān)聯(lián)性很弱。這表明，DOT1L催化產(chǎn)生的H3K79甲基化本身就像一種 “ 分子盾牌 ” ，物理性地阻礙了PRC1.1的催化功能。

這一發(fā)現(xiàn)解釋了兩種抑制劑作用動力學(xué)的關(guān)鍵差異：Menin抑制劑能迅速驅(qū)逐MLL-FP，但由于H3K79me2的緩慢被動稀釋（因其缺乏主動去甲基酶），PRC1.1的激活和后續(xù)的基因沉默被延遲；而DOT1L抑制劑通過直接、快速地去除H3K79me2，立即解除了對PRC1.1的抑制，從而引發(fā)更廣泛、更快速的H2AK119ub沉積。研究進一步描繪了一個動態(tài)的級聯(lián)反應(yīng)時序：在Menin抑制后，H3K79me2水平隨著細胞分裂逐漸下降，隨后出現(xiàn)H2AK119ub的積累，最終在某些位點引發(fā)PRC2介導(dǎo)的穩(wěn)定抑制性標(biāo)記H3K27me3的沉積。這種時序性轉(zhuǎn)換具有重大的功能后果 ——“ 撤藥 ” 實驗證明，在H3K27me3沉積建立之前，Menin抑制引起的基因沉默是可逆的；而一旦通過PRC1.1/PRC2軸建立了H3K27me3標(biāo)記，即使撤除藥物，基因沉默也變?yōu)槌志煤筒豢赡娴?，這為 “ 表觀遺傳記憶 ” 的建立提供了清晰的分子路徑。

此外，這種DOT1L-PRC1.1拮抗機制具有顯著的普適性，在多種非白血病細胞類型（包括K562細胞、人造血祖細胞和小鼠胚胎干細胞）中均得到證實，表明DOT1L通過維持H3K79me來保護基因免受過早的Polycomb沉默，是一種保守的轉(zhuǎn)錄活性記憶機制。最后，在最基本的生化層面驗證 了 假設(shè)，重組的人源PRC1.1和PRC1.4復(fù)合物對含有H3K79me2或me3修飾的核小體的泛素化效率顯著降低，其中H3K79me3的抑制作用更強。這從最基礎(chǔ)的分子互作層面證實，H3K79甲基化可直接抑制PRC1的催化活性。

綜上所述，DOT1L并非僅僅是一個轉(zhuǎn)錄延伸輔助因子，它通過其產(chǎn)生的穩(wěn)定組蛋白修飾H3K79me，構(gòu)成了平衡MLL（激活）與Polycomb（抑制）這一關(guān)鍵發(fā)育軸心的核心拮抗力量。在MLL-FP白血病中，癌蛋白劫持了DOT1L，利用其 “ 防護 ” 功能來阻止Polycomb復(fù)合物對致癌基因的沉默，從而維持白血病狀態(tài)。不僅闡明了靶向DOT1L和Menin的治療機制差異，也為理解表觀遺傳記憶和基因沉默的可逆性轉(zhuǎn)換提供了全新范式。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01859-8

制版人： 十一

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