Nat Commun | 天津医科大学刘志强团队揭示HP1γ乙酰化修饰促进多发性骨髓瘤耐药性产生的新机制

2023-03-16 10:45:01, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

多发性骨髓瘤（Multiple Myeloma, MM）是第二多发血液系统恶性肿瘤，由意义未明的单克隆球蛋白血症（MGUS）和冒烟型骨髓瘤（SMM）进展而来，该病以浆细胞恶性增殖、单克隆免疫球蛋白累积为主要特征，可以造成贫血、病理性骨折、高钙血症、多器官损害等临床表现。

MM的治疗目前主要依靠药物化疗。过去几十年间由于蛋白酶抑制剂（PIs）、免疫调节剂（IMiDs）、组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）等药物的使用，使MM患者的中位生存期从最初的三年增加至十年，但MM目前仍是不可治愈的。MM的化疗过程中患者体内癌细胞容易不断获得遗传学突变、表观遗传学的修饰、上皮间质转化、肿瘤微环境等多方面改变，参与了MM耐药性的形成，造成临床治疗逐渐面临无药可施的境地。因此，探索MM治疗的新方法仍十分必要。

近日，天津医科大学基础医学院刘志强教授团队在Nature Communications（IF=17.694）上发表了题为“Deacetylation induced nuclear condensation of HP1γ promotes multiple myeloma drug resistance”的最新研究成果。研究者利用稳定同位素标记（SILAC）技术分析PIs耐药MM细胞的蛋白质组学和乙酰化修饰组学，发现HP1γ（常见的调控异染色质形成的分子）蛋白水平增高且乙酰化修饰水平降低。进一步研究发现，HDAC1对HP1γ K5位点去乙酰化修饰是促进HP1γ蛋白稳定和核内凝聚状态的重要原因。HP1γ的CSD结构域可以与DNA损伤修复蛋白MDC1结合，通过DNA损伤修复促进MM对药物的耐受，同时高表达的HP1γ还可促进关键耐药基因启动子区域染色质开放性从而促进基因转录。景杰生物为该研究提供了蛋白质组学和乙酰化修饰组学检测与分析技术支持。

1 蛋白质组学和乙酰化修饰组学分析揭示MM耐药性发生后关键差异表达蛋白HP1γ

研究团队首先通过体外构建的对硼替佐米（Bortezomib, BTZ）耐受的MM细胞进行同位素标记，并进行了定量蛋白质组学和乙酰化修饰组学分析，发现了差异表达的176个蛋白和167个乙酰化修饰蛋白。在表达显著上调且乙酰化修饰显著下调的33个候选蛋白中，研究者确定了HP1γ是一种在MM细胞耐药性发生时潜在的重要效应蛋白。除此之外，研究者发现，临床上MM患者HP1γ的表达水平与治疗后的预后有显著的相关性，并且在细胞水平改变HP1γ的表达会相应地改变其对BTZ的敏感性。

图1 定量蛋白质组学揭示HP1γ蛋白乙酰化修饰异常与治疗耐受的关系

2 HP1γ去乙酰化修饰促进其蛋白质相分离和DNA损伤修复

研究者分析发现，HP1γ可以与HDAC1直接相互作用，后者使其K5位点的去乙酰化。值得关注的是，K5位点在HP1γ蛋白相分离形成的关键内在无序区（IDR1）上，而经过实验验证，发现该位点的去乙酰化修饰可以显著提高HP1γ的蛋白质相分离能力，以及对DNA损伤修复的能力。

图2 HP1γ去乙酰化修饰促进蛋白相分离和DNA损伤修复能力

3 HP1γ对下游靶基因的染色质修饰开放性修饰

为了阐明HP1γ对MM耐药性产生相关基因转录的调控机制，研究者分别在细胞样本和临床患者样本中，利用RNA-seq、ChIP-seq、ATAC-seq等技术分析，鉴定出FOS，JUN，CD40三个关键的下游靶基因。此外，这些基因的启动子区域的染色质开放性增加；与转录激活相关的H3K36me2修饰增强而与DNA损伤相关的H3K9me3修饰减弱。在之后的动物实验中，研究者利用HDAC1的特异性抑制剂罗米地辛（romidepsin）与BTZ联合应用，获得了理想的抗耐药性的治疗效果。