探讨CC和FABD结构域在Bcr-Abl蛋白细胞内定位的作用

The localization of Bcr-Abl oncoprotein in cytoplasma can activate multiple signal pathways leading to chronic myeloid leukemia（CML）, whereas the localization in nucleus is able to induce apoptosis. In our previous NSFC project, we adopted a novel strategy of targeting Bcr-Abl protein into nucleus, which had showed an effect of cells proliferation inhibition and apoptosis induction. However, the mechanism of the fusion protein localization at cytoplasm is far from understood. In this project, we aim to search the key domain in the fusion protein structure, which is responsible for its abnormal localization. At the same time, we shall explore the mechanism behind. In our previous researches, we had identified that the CC domain at N-terminal of Bcr and FABD domain at C-terminal of Abl are responsible for the change of aberrant localization, based on this discovery, here in this project, for the first time, we propose: 1) a CC domain mediated tetramer hinders the trans-localization of protein into the nucleus; 2) FABD affects the localization by binding F-actin; 3) the nuclear localization signal(NLS) in protein doesn’t function; 4) proteins binding to CC domain or FABD domain traps Bcr-Abl in the cytoplasma . This work will reveal the mechanism of aberrant localization of the oncoprotein, which is the key pathology of CML, and will provide potential targets for new drugs developing in the future.

Bcr-Abl癌蛋白不能入核而阻滞在胞浆可激活下游多条致癌信号通路，是引起慢性粒细胞白血病（CML）的重要分子基础。本组前一项已结题NSFC项目采用靶向Bcr-Abl蛋白入核的策略，展示了对CML细胞抑增殖促凋亡效应。然而Bcr-Abl蛋白在细胞内异常定位的机制尚不清楚。本项目拟寻找决定Bcr-Abl异常定位于胞浆、不能入核的关键结构域，并阐明其作用机制。鉴于我们预实验发现Bcr N端CC域和Abl C端FABD结构域共同介导了Bcr-Abl定位改变，故首次提出CC域介导四聚体形成阻碍Bcr-Abl入核；FABD通过结合F-actin影响Bcr-Abl定位；Bcr-Abl中核定位信号未发挥作用；与CC域或FABD结合的蛋白将Bcr-Abl滞留于胞浆的研究思路。研究结果将有助于揭示Bcr-Abl蛋白异常定位机制，为从蛋白定位的角度阐明CML发病机制和治疗提供新思路，为临床药物开发提供新靶点。

特异性定位于胞浆中的Bcr-Abl融合蛋白是慢性髓性白血病（CML）最主要的致病因素，其发挥的高酪氨酸激酶活性是癌变的关键。为了探究Bcr-Abl定位在胞浆中的原因及机制，本项目从以下四个方面进行研究：①CC域介导Bcr-Abl形成大分子四聚体阻碍其通过核孔复合体；②FABD结构域与F-actin结合影响Bcr-Abl的亚细胞定位；③Bcr-Abl中的核定位信号（NLS）可能没有发挥作用；④与CC域或FABD结合的蛋白将Bcr-Abl蛋白滞留在胞浆。实验结果表明：①缺失CC域能破坏Bcr-Abl形成四聚体的能力，可促使Bcr-Abl蛋白由胞浆转运至胞核，并明显削弱Bcr-Abl的致癌能力。但同时抑制Bcr-Abl激酶活性和出核辅助分子XPO1，Bcr-Abl仍可入核，说明CC域缺失虽促进Bcr-Abl入核，但其潜在机制与四聚体形成的大分子复合物阻碍其通过核孔复合体无关。②FABD结构域缺失不会改变Bcr-Abl亚细胞定位方式。③缺失CC域，Bcr-Abl与入核辅助分子KPNB1和KPNA2的相互识别与结合能力增强，说明 CC域影响Bcr-Abl亚细胞定位的机制可能是改变了NLS附近的空间构象，遮蔽了NLS功能，抑制Bcr-Abl入核。④通过质谱鉴定和分析与CC域潜在的互作蛋白，发现HSP90AB1的N端结构域与CC域互作，使Bcr-Abl阻滞在胞浆中，抑制HSP90促进 Bcr-Abl入核并削弱其致癌能力。综上所述，本项目发现并证明CC域在Bcr-Abl亚细胞定位中发挥重要作用，其机制一方面是由于CC域介导Bcr-Abl形成四聚体，改变了NLS附近的空间构象，使NLS无法发挥作用；另一方面，HSP90AB1的N端结构域可能通过与Bcr-Abl的CC域相互结合，迫使Bcr-Abl滞留在胞浆中。上述研究为深入理解Bcr-Abl的致病机制打下理论基础，为将来临床治疗提供了新的思路。