PML亚型在PML核体形成中的作用与机制

PML nuclear bodies (PML-NBs) are a type of sub-nuclear structures assembled through PML protein mediated self-interaction. These structures are implicated in a wide range of important functions, notably tumor suppression and viral defense. Normal assembly of PML-NBs is of great importance in execution of their functions; however, the detailed molecular mechanisms have not been fully uncovered. The PML protein has a least 6 nuclear splice isoforms, which share a common N-terminal region but differ in their C-termini. Previous studies on PML-NB formation have mostly focused the N-terminal region of PML and the role of the C-termini of PML isoforms in this process has not been explored. Our previous studies have shown that the C-termini of PML-I,-II and -V may play important roles in the assembly, mobility and localization of PML-NBs. In this proposal, we plan to investigate the exact role of these isoforms and their mechanisms of actions. Specifically, we will examine 1) whether PML-I and -II contribute to the normal structure of PML-NB; 2) whether PML-I and -II mediate the localization of PML-NBs and 3) whether PML-V regulates the stability and functions of PML-NBs. We believe the results of this proposal will greatly improve the understanding of the regulation and assembly of PML-NBs.

PML核体是一种由PML蛋白相互作用为基础的亚细胞核结构，具有肿瘤抑制及病毒防御等多种生物学功能。PML核体的正常形成是其发挥功能的关键，而目前对其形成机制的认识还有待完善。PML蛋白至少存在6种定位于细胞核中的亚型，这些核亚型具有相同的N端和不同的C端。以往有关PML核体形成机制的研究大多集中在PML蛋白N端结构域的上，而对PML各亚型C端在核体形成中的作用认识很少。我们的前期研究表明PML亚型I、II和V的C端区域在核体形成、运动速率以及定位方面也起了一定的作用。在本课题中，我们将深入研究这三个亚型在核体形成中的具体作用和机制，研究内容包括：1）研究PML亚型I和II对PML核体形成及超微结构的影响及机制；2）研究PML-I和-II在PML核体定位中的作用及机制；3）研究PML-V对PML核体稳定性及功能的影响。该项目的研究结果将为全面揭示PML核体的形成机制及功能调控提供理论基础。

PML（Promyelocytic Leukemia Protein）核体是一种存在于人及动物细胞中的重要亚细胞核结构，具有肿瘤抑制、抗病毒等重要生理功能。该结构的形成是由PML蛋白寡聚化起始进而在SUMO-SIM（SUMO Interacting Motif）相互作用下形成的一种中空的蛋白质聚集体。PML 核体的正常形成是其发挥功能的关键，而目前对其形成机制的认识还有待完善。PML蛋白有六种核定位亚型，这些亚型具有相同的N端和不同的C端，且共存于核体之中，以往的研究主要以PML-IV为研究对象，且重点关注N端。在本项目中我们系统研究了PML亚型分子的C端结构域在核体形成中的作用，并探索了PML-II的特异性功能。我们首先构建了PML缺失细胞系，并在此细胞系建立了稳定表达PML各亚型分子及各种突变体的细胞系，然后利用荧光共聚焦及超高分辨显微镜以及生化分析手段，深入研究了各亚型分子的C端结构域对核体形成的影响。结果发现成熟PML核体中空结构受到PML不同亚型分子C端的调控：其中PML-V C-端的alpha螺旋能直接影响PML SIM的功能发挥；PML-IV C端特异性8b外显子则可能替代SIM直接参与PML-IV核体的形成；尤为重要的是我们证明PML-IV 8b结构域是一种新型SIM。这项工作阐明了PML亚型分子特异C端在核体形成中的作用与机制，具较大的理论意义。此外，我们还鉴定出神经退行性疾病相关蛋白Ataxin-3为PML-II特异性结合蛋白，并通过多种生物学研究手段证明PML-II可以通过其特异的C-末端和Ataxin-3的N-端具去泛素化酶活性的区域相互结合，从而抑制Ataxin-3的去泛素化酶活性。该工作表明PML-II是Ataxin-3的负调控蛋白，在蛋白质泛素化修饰上具重要调控作用。这些工作从机制上阐明了PML亚型分子特异C端在核体形成中的作用，对深入解析PML核体的结构与功能奠定了基础。部分研究工作已经发表在Journal of Cell Science上。