6月10日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nucleic Acids Research發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）惠靜毅研究組的研究成果：“GPATCH4 functions as a regulator of nucleolar R-loops in hepatocellular carcinoma cells”。該研究發(fā)現(xiàn)了非經(jīng)典RNA結(jié)合蛋白（RNA-binding proteins, RBP）GPATCH4編碼基因在肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）中發(fā)生高頻擴(kuò)增，并揭示了GPATCH4作為一個(gè)新鑒定到的R環(huán)（R-loop）調(diào)節(jié)蛋白促進(jìn)腫瘤細(xì)胞RNA聚合酶I（Pol I）轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞增殖的新機(jī)制。
在過去的十多年中，研究人員利用生物化學(xué)與質(zhì)譜相結(jié)合的技術(shù)鑒定到大量新的RBPs，使人類基因組中具有RNA結(jié)合潛力的蛋白編碼基因數(shù)目大約達(dá)到編碼基因總數(shù)的10%以上。然而，對(duì)于大多數(shù)新鑒定的候選RBPs，尤其是那些不含有已知RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域被稱為非經(jīng)典RBPs，我們?nèi)圆磺宄鼈兺ㄟ^結(jié)合RNA在各種生命過程中發(fā)揮何種功能與存在哪些作用機(jī)制。因此，深入探究它們的分子功能，很有可能可以從中發(fā)現(xiàn)與人類疾病密切相關(guān)的診斷或治療的新靶點(diǎn)。
該研究首先通過多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析系統(tǒng)地尋找了肝癌主要亞型HCC中發(fā)生改變的RBP候選基因，發(fā)現(xiàn)GPATCH4基因在超過70%的HCC患者中發(fā)生擴(kuò)增，其高表達(dá)預(yù)示著不良預(yù)后。GPATCH4是攜帶G-patch蛋白結(jié)構(gòu)域家族的一個(gè)成員，之前的研究提示了這類蛋白具有結(jié)合RNA的能力。通過使用iCLIP-seq技術(shù)，該研究繪制了GPATCH4在體內(nèi)的RNA結(jié)合位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)GPATCH4主要與核糖體RNA（rRNA）結(jié)合，并利用生化方法證實(shí)GPATCH4是一個(gè)非經(jīng)典RBP。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)GPATCH4通過增加rRNA轉(zhuǎn)錄和整體蛋白質(zhì)合成，在體內(nèi)和體外促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化。在機(jī)制上，GPATCH4主要位于核仁，但它并不通過其G-patch蛋白結(jié)構(gòu)域調(diào)控核仁的功能，而是通過其碳端固有無序區(qū)域（intrinsically disordered region, IDR）與RNA解旋酶DDX21相互作用，幫助解開rDNA上形成的R-loop。R-loop是一種三股核酸形成的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以廣泛地調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄與基因組穩(wěn)定性。去除GPATCH4敲低后引起的R-loop積累，可挽救rRNA轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞增殖的下降。綜上所述，該研究鑒定到GPATCH4是一個(gè)在HCC中具有促癌作用的非經(jīng)典RBP，揭示了其作為核仁R-loop調(diào)節(jié)器控制rRNA轉(zhuǎn)錄的新機(jī)制，并提示了Pol I抑制劑或針對(duì)GPATCH4的小分子抑制劑有可能可以治療GPATCH4發(fā)生擴(kuò)增的HCC患者。
分子細(xì)胞卓越中心博士研究生趙一鳴、博士后蔣琰和王金柱為該論文共同第一作者，惠靜毅研究員為通訊作者。該項(xiàng)工作得到分子細(xì)胞卓越中心劉珈泉研究員和陳玲玲研究員及其實(shí)驗(yàn)室成員的大力幫助。該項(xiàng)工作獲得中國(guó)科學(xué)院、科技部以及基金委的經(jīng)費(fèi)支持，并得到分子細(xì)胞卓越中心分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)的大力支持。
GPATCH4作為一個(gè)R-loop調(diào)節(jié)蛋白在HCC中調(diào)控rRNA轉(zhuǎn)錄的作用機(jī)制
文章鏈接：https://academic.oup.com/nar/article/53/10/gkaf438/8140458
