PNAS丨温伟红/秦卫军/杨发团队揭示核仁相分离重塑促肝癌进展的新机制

肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma, HCC）是全球第四大癌症 相关 死亡原因，其发病机制复杂且晚期 患者 预后极差，迫切需要寻找新的治疗靶点。肿瘤细胞增殖迅速， 因此 对蛋白质合成的需求显著增加。核仁（Nucleolus）作为核糖体生物发生（Ribosome biogenesis）的“加工厂”，其形态异常和数目增多是肿瘤细胞的典型病理特征之一。

近年来，液-液相分离（Liquid-liquid phase separation, LLPS）被认为是驱动无膜细胞器（如核仁）形成 及 其 结构 维持的重要物理化学机制。核仁由内向外分 可 为纤维中心（FC）、致密纤维组分（DFC）和颗粒区（GC），这种复杂的相分离状态赋予了核仁不同区域特定 的 生物物理特性， 从而实现 rRNA的转录、加工及核糖体亚基组装 的 有序完成 。然而，在HCC中肿瘤细胞如何通过重塑核仁的相分离状态 从而 维持其高度活跃的核糖体生物发生， 其具体的 分子机制仍不完全清楚。

近日，西北工业大学生命科学与技术学院温伟红教授团队 联合 空军军医大学西京医院泌尿外科秦卫军教授 /杨发副教授 团队，在 Proc Natl Acad Sci U S A （ PNAS ）上发表了题为Co-phase separation of KRI1 and NPM1 sustains nucleolar integrity and ribosome biogenesis to fuel liver cancer progression的研究论文。 该研究创新性地揭示了核仁蛋白KRI1通过与NPM1 的 “共相分离”维持核仁结构 并促进 核糖体 的 生物发生， 从 而促进肝癌进展的新机制 ； 他们还 发现 丙酮酸激酶M2（PKM2） 可通过介导K RI1 的磷酸化从而促进其相分离特性， PKM2 抑制剂 可破坏 K RI1 的 相分离 特性及其对 核糖体生物发生 的促进作用，从而抑制肝癌进展。这一发现 为肝癌的治疗提供了新的干预 靶点和 候选 策 略。

为了探究核仁蛋白在肝癌中的作用，团队首先分离了HCC组织及癌旁正常组织的核仁组分，并 通过 核仁蛋白 的 组学分析 发现 ，KRI1在HCC 的 核仁中显著富集。临床数据结合体内外实验表明，KRI1在HCC中高表达且与患者的 不良预后密切 相 关 ； 下调 KRI1不仅 可 显著抑制HCC细胞的增殖并诱导凋亡，还 可引起 核仁形态 的异常 、NPM1（GC层标志物）分布 弥散 ， 且 成熟rRNA（28S、18S、5.8S） 的 生成 明显减少 ， 提示 KRI1是维持HCC 细胞 核仁结构 和 核糖体生物发生的关键 分子 。

KRI1究竟是如何维持核仁结构 和功能 的 呢 ？ 研究 者 通过生物信息学预测，发现KRI1序列中富含带正 电荷 和 带 负 电荷 氨基酸交替 排列 的固有无序区（ Intrinsically disordered regions, IDRs），这 些 “电荷块” 是驱动相分离的典型特征。体外 液滴形成实验 及 活细胞 内 的荧光漂白恢复（FRAP） 实验 均 证实，KRI1具 有 相分离 特性 ，且其N端IDR对 于 其相分离特性 至关重要。 利用 TurboID 邻近标记技术和免疫共沉淀 结合 质谱（PL-MS/IP-MS） 分析 ， 研究者 进一步 发现 KRI1与 核仁颗粒区蛋白NPM1之间存在弱相互作用 ，且 KRI1通过其N端与NPM1发生“共相分离”（Co-phase separation），将NPM1锚定在核仁 颗粒区 ， 从而 维持 核仁的结构稳定并促进 核糖体 的生物发生 。

翻译后修饰（尤其是磷酸化 修饰 ） 可 调控蛋白 的 相分离 特性 。 研究 者 通过磷酸化质谱和 互作蛋白 分析 ，发现PKM2 可与K RI1 互作并介导其 N端IDR上三个丝氨酸位点（S94、S95、S97） 的磷酸化 ， 这种密集的磷酸化修饰 可大大 增加该区域的局部负电荷密度， 形成 “电荷块”，从而显著增强KRI1的相分离 能力 及其与NPM1的共 相分离 互作 。 突变这些磷酸化位点（3S/A） 可导致 KRI1 的相分离能力下降，核仁结构 破坏 ， 核糖体 的生物发生减少， 肿瘤生长也受到 显著 抑制。

基于这一发现，研究 者通过 体内外 实验检测 了PKM2抑制剂紫草素（ Shikonin ）的抗 肝 癌 作用 。结果 显示， 紫草素 可 有效 抑制 KRI1的磷酸化，破坏KRI1 和 NPM1的共相分离互作， 引起 HCC细胞核仁结构的 破坏 及 核糖体生物发生的 抑制 ， 并有效抑制裸鼠体内 肝癌 的生长 。

综上所述， 该 研究 揭示 了“PKM2-KRI1-NPM1”轴在维持肝癌细胞 的核仁结构及其 高度活跃的核糖体生物发生中不可或缺的作用 ， 拓展了 对核仁 相分离调控机制的认知，也为 靶向核仁蛋白用于 肝癌 的治疗提供了 全 新的 理论 依据和 实 验基础。

西北工业大学生命科学与技术学院温伟红教授，空军军医大学西京医院泌尿外科秦卫军教授、杨发副教授为论文的共同通讯作者。 西北工业大学生命科学与技术学院博士生 卢彧 、甘 论 彪 ，博士后 茹文秀为该论文的共同第一作者。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2535921123

制版人：十一

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