染色体重排是一种由DNA断裂和在错误位置重新连接引起的突变事件，这一过程有时会产生融合基因，融合基因表达的融合蛋白可能引起肿瘤发生，例如慢性髓系白血病中的BCR-ABL。此外，有一些融合癌蛋白是由一种蛋白质的DNA结合结构域（DBD）和另一种蛋白质的相分离相关结构域（PS）组成。
液-液相分离（LLPS）提供了一种可逆调控机制，将生物分子组织到不同区域。PS和DBD之间的融合可能会产生“超级转录因子”，通过独立于上游信号调节的相分离来招募转录工厂组分。
异常的液-液相分离（LLPS）被发现与癌症、代谢性疾病、神经退行性疾病等多种人类疾病的发生发展密切相关，它也正在成为疾病治疗的新靶点。
2023年7月3日，清华大学生命科学学院李丕龙课题组与北京大学基础医学院李婷婷课题组合作，在 Nature Chemical Biology 期刊发表了题为：Dissolution of oncofusion transcription factor condensates for cancer therapy 的研究论文【1】。
该研究发现了大量的PS-DBD融合蛋白，揭示了异常相分离可能是这些PS-DBD融合蛋白相关癌症的共同机制，通过小分子药物调控异常相分离是治疗相关癌症的潜在途径。
该研究还建立了一种基于计算机视觉的高通量筛选方法——DropScan，用于分析、筛选和发现能够调控相分离凝聚物的小分子化合物，为癌症以及渐冻症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）、阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病带来有希望的新疗法。
在这篇论文中，研究团队将带有PS和DBD的融合蛋白命名为PS-DBD融合蛋白。之前有研究零星提到与癌症相关的PS-DBD融合蛋白的相分离，如急性髓系白血病（AML）中的NUP98-HOXA9和尤因肉瘤中的EWS-FLI1。
FET蛋白家族包括FUS、EWS和TAF15，它们含有一个保守的N端内在无序区域（IDR），可以驱动液-液相分离（LLPS），FET蛋白的IDR与E26转化序列（ETS）家族转录因子的DBD融合形成FET-ETS致癌融合蛋白。这些蛋白可以形成生物分子凝聚物募集RNA聚合酶II，从而导致基因表达异常，促进致癌性。大多数FET-ETS融合蛋白与肉瘤和白血病有关。NUP98蛋白在血液系统恶性肿瘤中经常被发现与其他蛋白融合。除此之外，还有许多其他PS-DBD融合蛋白。
弄清楚PS-DBD融合蛋白是否经历相分离，以及这种异常相分离是否是相关癌症发生的共同机制至关重要。
2015年，Cell 发表的一项研究显示，FUS蛋白的异常相分离会加速渐冻症（ALS），并进一步开发了调控相分离的小分子，有望用于治疗相关疾病【2】。
后续的一系列研究表明，通过小分子药物调控液-液相分离，可以防止渐冻症患者体外培养的运动神经元死亡、修复果蝇运动缺陷、抑制病毒在体内的复制、促进癌细胞铁死亡等。而国内的奕拓生物正在推进多个靶向蛋白质液-液相分离的小分子药物研发管线。
这些研究都表明，调控异常的液-液相分离可能有助于治疗疾病。然而，对相分离凝聚物的药理调节剂的筛选仍处于早期阶段，也缺乏监测相分离凝聚物的动态变化的有力手段。
在这项最新研究中，研究团队全面调查了致癌融合蛋白，发现了多达1500个潜在的PS-DBD融合蛋白。大量的PS-DBD融合蛋白会导致基因表达异常。在此基础上，研究团队建立了一种基于计算机视觉的高通量筛选方法——DropScan，用于分析、筛选和发现能够调控相分离凝聚物的小分子化合物。
接下来，研究团队使用DropScan来识别可以溶解由FET-ETS融合蛋白形成的凝聚物的小分子。结果表明，筛选到的几个小分子中，尤其是LY2835219能够通过上调溶酶体活性来溶解FET-ETS凝聚物，从而挽救相关基因的异常表达。
总的来说，该研究发现了大量的融合蛋白由DNA结合结构域（DBD）和相分离相关结构域（PS）组成，这些融合蛋白与异常的基因表达模式有很强的相关性。该研究还建立了一种名为DropScan的高通量筛选方法来筛选能够调节异常相分离凝聚物的小分子化合物，并使用DropScan筛选到了小分子LY2835219，其能够有效溶解表达尤因肉瘤融合蛋白FET-ETS的报告细胞系中的凝聚物，并部分挽救了相关基因的异常表达。
这些研究结果表明，异常相分离可能是这些PS-DBD融合蛋白相关癌症的共同机制，通过小分子药物调控异常相分离是治疗相关癌症的潜在途径。除了癌症以外，渐冻症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）、阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿症（HD）、脊髓小脑性共济失调（SCA），以及强直性肌营养不良1型（DM1）和2型（DM2），这些疾病都与病理性沉积有关，异常相分离是理解这些疾病发病过程的一个新角度。
更重要的是，DropScan可以很容易地用于筛选逆转这些凝聚物的药物。可以预见，发现逆转这些异常相分离的化合物，将为这些目前无药可医的疾病带来有希望的疗法。
清华大学生命科学学院李丕龙研究员和北京大学基础医学院李婷婷研究员为论文通讯作者；清华大学生命科学学院汪源博士、北京大学基础医学院余春雨博士（现为杭州师范大学讲师）、清华大学生命科学学院裴高峰博士为论文共同第一作者。
论文链接：
1. https://www.nature.com/articles/s41589-023-01376-5
2. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.047
转自：“生物世界”微信公众号
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