Nat Cell Biol | DOT1L通过拮抗PRC1.1守护白血病基因记忆

撰文丨易

DOT1L和Menin是致癌MLL融合蛋白（MLL-FP）发挥功能的关键辅助因子，其抑制剂在临床前和临床试验中展现出治疗潜力，尤其是Menin抑制剂已取得重要进展。然而，这两种抑制剂（特别是DOT1L抑制剂）在细胞和临床中表现出不同的反应动力学和疗效，暗示其作用机制存在未被充分认知的差异。一个关键的谜团是，DOT1L抑制剂引发的基因表达下调存在显著延迟，而DOT1L催化产生的组蛋白H3第79位赖氨酸甲基化（H3K79me）作为一种缺乏已知主动去甲基化酶的稳定修饰，提示其功能可能超越了传统的促进转录延伸。同时，MLL复合物与Polycomb抑制复合物在发育基因调控中存在经典的拮抗关系，但这一关系在MLL-FP白血病背景下如何被重塑，以及DOT1L在此轴心中扮演何种角色，尚不清楚。

近日，澳大利亚莫纳什大学Omer Gilan和Chen Davidovich在Nature Cell Biology期刊发表题为DOT1L provides transcriptional memory through PRC1.1 antagonism的研究论文，揭示了DOT1L通过其催化的稳定组蛋白修饰H3K79me，在物理层面直接拮抗PRC1.1复合物的活性，从而为活跃转录基因提供保护性“记忆”；在MLL重排白血病中，这一机制被癌蛋白劫持以维持致癌表达，而抑制DOT1L则会解除其对PRC1.1的阻断，引发不可逆的Polycomb介导的基因沉默。

首先，研究 团队 在人类和小鼠的MLL白血病细胞系中，利用针对DOT1L和Menin的抑制剂进行全基因组及表观遗传学聚焦的CRISPR-Cas9功能缺失筛选，以系统性鉴定对这两种抑制剂敏感所必需的基因。功能基因组学筛选与验证一致表明，PRC1.1复合物的核心组分（BCOR、PCGF1等）是DOT1L抑制剂和Menin抑制剂发挥抗白血病作用所必需的。在PRC1.1缺失的细胞中，抑制剂诱导的关键致癌基因（如Meis1）表达下调被显著削弱，细胞分化程序被阻滞，并且在小鼠体内模型中，Menin抑制剂的治疗效益完全丧失，这确立了PRC1.1是两种抑制剂下游的共同且关键的效应执行者。深入的分子机制剖析显示，Menin抑制会诱导PRC1.1在部分MLL-FP靶基因上特异性沉积抑制性标记H2AK119ub，而DOT1L抑制则引起全基因组范围内H2AK119ub的广泛升高。然而，这种PRC1.1的激活并非源于MLL-FP从染色质上解离的直接空间位阻效应，也非转录活性降低的次级后果。通过整合多组学数据的精细分析，发现H2AK119ub的诱导强度与H3K79me2的基线水平及其丢失程度呈现极强的负相关性，而与MLL-FP结合或转录变化的关联性很弱。这表明，DOT1L催化产生的H3K79甲基化本身就像一种 “ 分子盾牌 ” ，物理性地阻碍了PRC1.1的催化功能。

这一发现解释了两种抑制剂作用动力学的关键差异：Menin抑制剂能迅速驱逐MLL-FP，但由于H3K79me2的缓慢被动稀释（因其缺乏主动去甲基酶），PRC1.1的激活和后续的基因沉默被延迟；而DOT1L抑制剂通过直接、快速地去除H3K79me2，立即解除了对PRC1.1的抑制，从而引发更广泛、更快速的H2AK119ub沉积。研究进一步描绘了一个动态的级联反应时序：在Menin抑制后，H3K79me2水平随着细胞分裂逐渐下降，随后出现H2AK119ub的积累，最终在某些位点引发PRC2介导的稳定抑制性标记H3K27me3的沉积。这种时序性转换具有重大的功能后果 ——“ 撤药 ” 实验证明，在H3K27me3沉积建立之前，Menin抑制引起的基因沉默是可逆的；而一旦通过PRC1.1/PRC2轴建立了H3K27me3标记，即使撤除药物，基因沉默也变为持久和不可逆的，这为 “ 表观遗传记忆 ” 的建立提供了清晰的分子路径。

此外，这种DOT1L-PRC1.1拮抗机制具有显著的普适性，在多种非白血病细胞类型（包括K562细胞、人造血祖细胞和小鼠胚胎干细胞）中均得到证实，表明DOT1L通过维持H3K79me来保护基因免受过早的Polycomb沉默，是一种保守的转录活性记忆机制。最后，在最基本的生化层面验证 了 假设，重组的人源PRC1.1和PRC1.4复合物对含有H3K79me2或me3修饰的核小体的泛素化效率显著降低，其中H3K79me3的抑制作用更强。这从最基础的分子互作层面证实，H3K79甲基化可直接抑制PRC1的催化活性。

综上所述，DOT1L并非仅仅是一个转录延伸辅助因子，它通过其产生的稳定组蛋白修饰H3K79me，构成了平衡MLL（激活）与Polycomb（抑制）这一关键发育轴心的核心拮抗力量。在MLL-FP白血病中，癌蛋白劫持了DOT1L，利用其 “ 防护 ” 功能来阻止Polycomb复合物对致癌基因的沉默，从而维持白血病状态。不仅阐明了靶向DOT1L和Menin的治疗机制差异，也为理解表观遗传记忆和基因沉默的可逆性转换提供了全新范式。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01859-8

制版人： 十一

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