南湖新闻网讯 (通讯员 雷红) 12月15日，我校生物医学与健康学院、生命科学技术学院神经损伤与营养干预团队陶伟伟课题组联合美国克利夫兰医学中心鲍仕登团队在国际学术期刊Neuro-Oncology上发表题为：“NIR Drives Glioblastoma Growth by Promoting Ribosomal DNA Transcription in Glioma Stem Cells”的研究论文。该研究发现一个新颖的细胞核核仁蛋白NIR (Novel INHAT Repressor) 通过激活核糖体DNA (ribosomal DNA, rDNA) 转录促进蛋白质的合成, 进而促进胶质瘤干细胞的自我更新和胶质母细胞瘤的恶性生长，该研究将为胶质母细胞瘤的防治提供潜在的靶点和干预策略。
胶质母细胞瘤 (Glioblastoma, GBM) 是成人中最常见和最致命的原发性脑肿瘤。尽管目前在诊断和治疗方面取得了一些进展，但GBM患者的预后仍很差。GBM被WHO归类为IV级（最高级）神经系统肿瘤，确诊患者的中位生存期仅为14到16个月。大量的研究表明GBM中存在着肿瘤干细胞亚群，被称之为胶质瘤干细胞 (Glioma stem cells，GSCs)。GSCs有超强的自我更新与多向分化能力，与肿瘤发生、持续生长和复发密切相关。核糖体是细胞中由核糖体RNA 和核糖体蛋白组成的核糖核蛋白颗粒，是细胞内蛋白质合成的分子机器，其功能是按照mRNA的指令将遗传密码转换成氨基酸序列并合成蛋白质多肽链。核糖体的生成主要在细胞核的核仁中进行，首先rDNA转录产生45S pre-rRNA，再通过剪切加工生成三种核糖体RNA，分别为28S、18S和5.8S rRNA，再与其他组分一起组装成核糖体大小亚基，转运至细胞质最终形成核糖体，作为蛋白质合成的工厂。核糖体与细胞的生长、增殖、分化以及癌症的发生紧密相关。 肿瘤细胞包括肿瘤干细胞核糖体生物发生通路通常被异常激活，从而促进了肿瘤细胞的快速增殖。然而，在GSCs中，控制核糖体生物发生通路异常活化的分子机制仍然不是很清楚。
通过GBM病人数据库分析和免疫组化实验，研究人员发现一个新颖的蛋白NIR在GBM组织中高表达。而NIR基因的高表达预示着GBM患者的预后较差。进一步的研究发现NIR主要在胶质瘤干细胞 (GSCs) 中表达, 并且定位于GSCs的核仁内。表型分析发现NIR对于GSCs的增殖和自我更新至关重要，且NIR促进了GSCs rDNA转录和rRNA的合成（图1A-B），进而影响了蛋白质的合成（图1C-D）。研究人员还发现NIR对于维持核仁的大小起着重要的作用。
图1. NIR调控胶质瘤干细胞 (GSCs) rDNA转录和蛋白质的合成。A-B, EU (5-Ethynyl uridine) 掺入实验显示敲降NIR抑制了GSCs的rDNA转录和rRNA合成; C-D, OPP (O-Propargyl-puromycin) 掺入实验显示敲降NIR抑制了GSCs的蛋白质合成。
动物实验结果也证实NIR促进了GBM的颅内生长， 敲降NIR抑制了体内的细胞增殖，GSCs的数量以及核糖体DNA的转录。通过免疫共沉淀结合液相色谱-质谱联用分析，研究人员发现NIR可以和两个重要的核仁转录因子NCL和NPM1相互作用。而且，NIR并不影响NCL或NPM1的表达。进一步的机制研究发现NIR与NCL和NPM1形成蛋白复合物并结合到rDNA的启动子上，促进了rDNA的转录和rRNA的合成。rRNA含量的提高增加了核糖体的组装，从而增加了蛋白质的合成，导致了GSCs的快速增殖、自我更新和GBM的恶性生长（图2）。
图2. NIR促进胶质瘤干细胞核糖体生物发生的模式图
有趣的是，先前的报道认为NIR是个转录抑制因子，通过抑制下游靶基因的转录从而发挥特定的功能。而我们的研究证实在GSCs中，NIR是个转录激活因子，可以激活下游rDNA的转录。因而，在不同的细胞中NIR发挥着不同的功能，从而可以行使转录激活因子或转录抑制因子的作用。
综上所述，该研究首次发现NIR在GBM 和GSCs中高表达，而在正常脑组织和神经前体细胞中表达量很低。NIR作为关键的转录因子促进了GSCs核糖体发生通路的异常激活。GSCs通过高表达NIR, 从而促进了核糖体DNA的转录和核糖体的组装，进而促进了GSCs的恶性增殖和自我更新。因此，靶向NIR或者阻断NIR与NCL/NPM1的结合将可能成为潜在的临床干预策略。
该研究由华中农业大学、美国克利夫兰医学中心和匹兹堡大学等校合作完成。华中农业大学陶伟伟研究员和克利夫兰医学中心鲍仕登教授为共同通讯作者，陶伟伟研究员为第一作者。陶伟伟课题组硕、博士研究生雷红，罗文龙，凌鹏和郭孟悦参与了部分研究。华中农业大学董志强教授、徐曙彤教授, 武汉同济医院曾亮教授，南京医科大学汪秀星教授，匹兹堡大学Jeremy Rich教授、吴秋莲博士也参与了部分研究。
【英文摘要】
Background:Cancer cells including cancer stem cells exhibit a higher rate of ribosome biogenesis than normal cells to support rapid cell proliferation in tumors. However, the molecular mechanisms governing the preferential ribosome biogenesis in glioma stem cells (GSCs) remain unclear. In this work, we show that the Novel INHAT Repressor (NIR) promotes ribosomal DNA (rDNA) transcription to support GSC proliferation and glioblastoma (GBM) growth, suggesting that NIR is a potential therapeutic target for GBM.
Methods:Immunoblotting, immunohistochemical and immunofluorescent analysis were used to determine NIR expression in GSCs and human GBMs. Using shRNA-mediated knockdown, we assessed the role and functional significance of NIR in GSCs and GSC-derived orthotopic GBM xenografts. We further performed mass spectrometry analysis, chromatin immunoprecipitation and other biochemical assays to define the molecular mechanisms by which NIR promotes GBM progression.
Results:Our results show thathigh expression of NIR predicts poor survival of GBM patients.NIR is enriched in nucleoli of GSCs in human GBMs. Disrupting NIR markedly suppresses GSC proliferation and tumor growth through inhibiting rDNA transcription and pre-rRNA synthesis. In mechanistic studies, we find that NIR activates rDNA transcription to promote GSC proliferation by cooperating with Nucleolin (NCL) and Nucleophosmin 1 (NPM1), two important nucleolar transcription factors.
Conclusions:Our study uncovers a critical of NIR-mediated rDNA transcription in malignant progression of GBM, indicating that targeting this axis may provide a novel therapeutic strategy for GBM.
论文链接：https://doi.org/10.1093/neuonc/noac272
审核人： 陶伟伟
