MYC多聚体促肿瘤机制

撰文 | 十一月

MYC家族蛋白驱动许多人类肿瘤的发展【1】。在正常的细胞中，MYC蛋白几乎与所有的活性启动子结合并通过RNA Pol II控制转录【2-3】。MYC蛋白也可以与DNA复制一起协调转录并促进与转录相关的DNA损伤修复。但是MYC蛋白是如何发挥这些多样性功能的尚不清楚。

2022年11月23日，德国维尔茨堡大学Martin Eilers研究组与Elmar Wolf研究组合作在Nature上发表了文章MYC multimers shield stalled replication forks from RNA polymerase，发现在转录延伸、mRNA剪接或者是蛋白酶体抑制的干扰下，MYC与活性启动子中的许多结合位点分离形球形多聚体结构，泛素化依赖的MYC多聚化阻断反义转录并稳定DNA双链，从而促使肿瘤细胞能够在应激条件下继续增殖的分子机制。

重组MYC蛋白在体外可以多聚化，这促使作者们思考MYC在细胞中是均匀分布还是会形成更高阶的结构。通过使用MYC单克隆抗体Y69，作者们分析了MYC在U2OS细胞中的分布，然后建立单个MYC分子信号分布特征。作者们发现MYC蛋白在细胞中可以形成点状信号，每个细胞核中有180,000 ±90,000个MYC分子。先前的研究曾经表明，在人类肿瘤细胞中，每个细胞核中的MYC分子数量会达到106个【4】，作者们试图用强力霉素诱导MYC来达到该表达水平。作者们发现增加MYC水平并不会增加MYC点状信号，而是会增加单体MYC分子的比例。通过使用包括蛋白酶体活性抑制剂MG-132在内等多种体抑制泛素化的药物，作者们发现会显著增强MYC点状信号的形成（图1）。

图1 MYC点状信号形成依赖于泛素化

通过热激实验作者们发现也会诱导MYC蛋白形成点状信号。通过使用相分离处理药物1,6-己二醇，可以溶解形成的点状信号。荧光漂白恢复实验室也证明了MYC蛋白在正常细胞中具有高度的动态性。通过使用抗体临近连接实验（Proximity ligation assays，PLAs）显示MYC点状信号表面产生强烈连接，说明近距离包含多个MYC分子。免疫共沉淀实验以及体外的蛋白纯化实验也证明了这一观点。因此，作者们将MYC蛋白所形成的结构称为MYC多聚体（MYC multimers）。

另外，通过使用荧光标记的不同分子量的右旋糖酐的渗透性测定表明，MYC多聚体其表面的拓扑结构是封闭的。部分在细胞内或体外高浓度下形成的MYC多聚体显示为球状结构，内部密度较低、外壳致密，直径中位数为5µm。通过对MYC蛋白的结构域分析，包含MYC二聚化和DNA结合结构域的MYCΔN并不能在体外形成多聚体，而两个大的内在无序结构域以及MYC box才是多聚体形成所必需的。

进一步寻找MYC蛋白多聚体作用机制，作者们通过ChIP-Rx染色质免疫沉淀测序实验显示，在热激以及MG-132处理后，RNA Pol II转录的基因启动子和多个非启动子位点的MYC染色质占用发生显著变化。MYC蛋白多聚体排除了pS2-RNA Pol II，表明该多聚体不是进行活跃转录的集合体。

MYC多聚体包含肿瘤抑制蛋白BRCA1、FANCD2和相关性较低的RAD9，它们都与复制叉暂停相关。BRCA1和FANCD2被多聚体MYC形成的多聚体包围，而不在多聚体内。MYC多聚体内则包围着磷酸化的ATR激酶。为了定位染色质上停滞的复制叉，作者们使用了FANCD2以及ATR的CUT&RUN测序，发现MYC的敲除会降低这些因子在染色质上的占用。因此，作者们得出结论，MYC多聚体聚集在停滞的复制叉处，限制新生转录本的累积。

由于抑制蛋白酶体能够促进MYC蛋白多聚体的形成，说明泛素化对于多聚体的形成非常关键。通过小分子抑制剂的筛选，作者们发现泛素化酶HUWE1是驱动MYC多聚化的关键蛋白，且主要作用于K6位点。

总的来说，作者们的工作发现MYC蛋白在多种应激条件下，会与多个活性的启动子结合位点分离形成封闭球状多聚体，从而参与转录终止以及RNA加工的蛋白质全局变化。另外，在活性启动子上，MYC多聚体稳定复制叉相关的蛋白与染色质的联系，从而保护DNA双链结构的完整，促进肿瘤细胞在应激条件下的增殖。值得一提是该工作具有大规模的测序的数据，给出了MYC多聚体形成对于蛋白质组以及染色质的全局性影响，同时多个定量化的数据也为MYC多聚体提供了更为直观的描述。

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05469-4

制版人：十一

参考文献

1. Dhanasekaran, R. et al. The MYC oncogene—the grand orchestrator of cancer growth and immune evasion.Nat. Rev. Clin. Oncol.19, 23–36 (2022)

2. Lourenco, C. et al. MYC protein interactors in gene transcription and cancer.Nat. Rev. Cancer21, 579–591 (2021).

3. Baluapuri, A., Wolf, E. & Eilers, M. Target gene-independent functions of MYC oncoproteins.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.21, 255–267 (2020).

4. Lin, C. Y. et al. Transcriptional amplification in tumor cells with elevated c-Myc.Cell151, 56–67 (2012).