锌指结构的完整对砷剂诱导PML蛋白由核质转移至核基质的必要性及参与蛋白的发现

批准号:
81673521
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
那仁满都拉
依托单位:
学科分类:
H3512.药物毒理
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
张燕芳、Khairul Islam、王茜茜、杨畅、亚森买买提依明、蒋瑀涵、兰勇飞、王超
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中文摘要
三氧化二砷治疗急性早幼粒白血病(APL)成为血液学的研究热点。目前,多数研究者认为砷取代锌离子直接与PML蛋白锌指结构中半胱氨酸残基结合,促使PML发生多聚化、从核质转移至核基质等过程,最终经蛋白酶体途径降解,达到治疗疾病的目的。但我们发现,锌离子被螯合后或破坏PML锌指结构后,砷剂完全丧失了诱导PML由核质转至核基质的能力。因此,保持锌指结构的完整性是砷剂发挥作用的必要条件。在此基础上,我们还发现砷剂诱导PML由核质转至核基质还需要能量以及核内蛋白的参与。本项目通过研究锌指结构在砷剂治疗APL过程中的作用,明确回答以下三个问题:保持PML蛋白的锌指结构是砷剂诱导PML蛋白核质转移至核基质必要条件;确定参与核基质反应的关键核蛋白;揭示该核蛋白的功能及生理学意义,阐明砷剂诱导PML蛋白核质转移至核基质的分子机制。
英文摘要
Arsenic trioxide (As2O3) has been demonstrated to be one of the most effective therapeutic agents for patient with acute promyelocytic leukemia (APL), and generally the possible explanation through which As2O3 exerts its therapeutic effect is degradation of an oncogenic protein PML-RARa by directly binds to cysteine residues of Zinc Fingers in RBCC domain of PML-RARα fusion protein (i.e., Replacement of zinc by As2O3), facilitating the oligomerization of PML proteins and then induces the PML toward the nuclear matrix (i.e., mobility changes), finally degraded by proteasome pathway. However, our preliminary experiment designates extraordinary results; we found that As2O3 completely lost induction of nucleoplasmic PML toward the nuclear matrix if chelating the Zinc ions from Zinc Fingers. In addition, As2O3 also failed to induce PML protein toward the nuclear matrix if we point mutated the cysteine or histidine residues at zinc finger motifs of RBCC in PML proteins, these indicates that the integrity of zinc finger motifs is essential for induction of nucleoplasmic PML toward the nuclear matrix by arsenic. More interestingly, As2O3 is also unable to induce the PML protein toward the matrix at low temperature 4°C, suggesting that only the integrity of zinc finger motifs is not enough condition for induction of nucleoplasmic PML toward the nuclear matrix by arsenic trioxide, it also may be depends on the other factors such as energy or proteins (e.g., proteins or enzymes). Given these discoveries, the interesting new results call into questions what proteins are involved in changes in PML protein mobility based on maintain of zinc finger motifs. In order to reveal the molecular mechanism underneath this, we using three cell lines (i.e., NB4, HEK293T and PML minus MEF cells) or Semi-Intact cells to determine the PML mobility by using the transfection or knock down the target genes after exposure to arsenic trioxide. In fact, we are trying to resolve the following issues; (1) what is the exact molecular mechanism of PML protein degradation following exposure to arsenic? (2) The maintain integrity of zinc finger motifs in PML is enough condition for induction of nucleoplasmic to matrix? (3) What kind of nuclear proteins are involved in this reaction? Our results will be expected to explain the exact mechanism of PML-RARa fusion protein degradation, which will further improve the life span of APL patients by the treatment with arsenic in near future.
三氧化二砷(As2O3,又称砷剂、亚砷酸)是目前急性早幼粒细胞白血病(Acute Promyelocytic Leukemia, APL)治疗的一线药物,它主要作用于PML/RARα融合蛋白的PML部分,诱导PML蛋白与PML-RARα融合蛋白的多聚化,并使其发生构象改变(生化表现为该蛋白由可溶转变为不可溶),进而发生一系列的蛋白修饰,最终被蛋白酶体降解。研究表明PML 蛋白的RBCC 结构域包含一个“环指”(Ring Finger)的结构,两个富含半胱氨酸区(B-box1 和B-box2)以及一个卷曲螺旋结构(Coiled-Coil domain),其中Ring、B-box1 和box2 区域中各含有两个锌指结构(共含有6 Zinc Fingers)。通常,锌指结构主要由半胱氨酸和/或组氨酸与锌离子配位组成,锌离子缺乏会破坏锌指蛋白的结构稳定性。因此,在锌指蛋白中,锌的地位是不可替代的,它的存在是锌指蛋白发挥调控作用的关键。目前多数研究者认为As2O3取代锌离子直接与PML 蛋白锌指结构的半胱氨酸残基结合,导致PML-RARα 融合蛋白由可溶性转变为不溶性,最终被蛋白酶体降解。通过本课题的研究,我们发现当锌指结构被破坏时,半胱氨酸和组氨酸残基具有重新组合成新的锌指结构以维持原锌指结构功能的特性。三氧化二砷降解PML蛋白不仅与锌指结构上的半胱氨酸有关,还与锌指结构上的组氨酸有密切联系。而在同一结构域中,锌指结构存在不同氨基酸组合方式,并可发生相互转变以维持原锌指结构功能,并且PML蛋白RING和B-box结构域中锌指结构的完整性不受结构域外的半胱氨酸干扰。在后续研究中,我们将进一步探究RBCC结构与砷剂相互作用的机制,完善砷剂治疗APL的分子机制。
期刊论文列表
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Role of arsenic (+3 oxidation state) methyltransferase in arsenic mediated APL treatment: an in vitro investigation
砷(3氧化态)甲基转移酶在砷介导的 APL 治疗中的作用:体外研究
DOI:10.1039/c8mt00057c
发表时间:2018-06-01
期刊:METALLOMICS
影响因子:3.4
作者:Maimaitiyiming, Yasen;Wang, Chao;Naranmandura, Hua
通讯作者:Naranmandura, Hua
Selection and characterization of novel DNA aptamer against colorectal carcinoma Caco-2 cells.
针对结直肠癌 Caco-2 细胞的新型 DNA 适体的选择和表征。
DOI:10.1002/bab.1737
发表时间:2019
期刊:BIOTECHNOLOGY AND APPLIED BIOCHEMISTRY
影响因子:2.8
作者:Maimaitiyiming Y;Yang C;Wang Y;Hussain L;那仁满都拉
通讯作者:那仁满都拉
Phenylarsine oxide (PAO) induces apoptosis in HepG2 cells via ROS-mediated mitochondria and ER-stress dependent signaling pathways
苯胂氧化物 (PAO) 通过 ROS 介导的线粒体和 ER 应激依赖性信号通路诱导 HepG2 细胞凋亡
DOI:10.1039/c7mt00179g
发表时间:2017-12-01
期刊:METALLOMICS
影响因子:3.4
作者:Huang, Ping;Zhang, Yu Hua;Naranmandura, Hua
通讯作者:Naranmandura, Hua
DOI:--
发表时间:2018
期刊:浙江大学学报(医学版)
影响因子:--
作者:郝睿;苏力德;邵一鸣;部娜;马丽亚;那仁满都拉
通讯作者:那仁满都拉
DOI:10.1007/s00432-019-02882-7
发表时间:2019
期刊:Journal of Cancer Research and Clinical Oncology
影响因子:--
作者:Maimaitiyiming Y;Hong D F;Yang C;Naranmandura H
通讯作者:Naranmandura H
靶向治疗c-Myc驱动型B细胞淋巴瘤的新策略及其分子机制探究
- 批准号:82370191
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
PML-RARα融合蛋白B-box2结构域点突变导致APL砷剂耐药的分子机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2021
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
靶向降解新型冠状病毒RdRp 转录复合体的创新研究
- 批准号:LD22H310005
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2021
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
热激对砷剂耐药 PML-RARα 蛋白降解作用及参与蛋白的发现
- 批准号:81872942
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
砷剂诱导核内LC3参与蛋白酶体途径降解PML-RARa融合蛋白新机制研究
- 批准号:81473289
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:100.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
中药砒霜的活性代谢产物对急性早幼粒细胞性白血病NB4细胞分化及PML-RARα融合蛋白SUMO化影响研究
- 批准号:81274138
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
尿液砷代谢产物对膀胱癌细胞线粒体呼吸链膜蛋白复合体的影响研究
- 批准号:81001477
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:19.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:那仁满都拉
- 依托单位:
国内基金
海外基金
