贝勒医学院Margaret Goodell博士和Joshua Riback博士实验室领导的国际研究团队研究表明,细胞内部一种隐秘结构可能彻底改写科学家对白血病的认知。该团队的临床前研究指出,不同基因驱动的白血病利用细胞核内相同的隐秘区域——即所谓"协调体"(C-body)——维持癌症生长。
研究涉及体外测试和急性髓系白血病(AML)模型的体内实验,这些模型均具有突变型NPM1(NPM1c)特征。结果指向一个共同的物理靶点,有望催生新型治疗方法。研究人员认为,这项工作重塑了关于常见白血病起源的长期认知,并提供全新思路:设计针对多种遗传亚型共有的单一弱点的疗法。Goodell表示:"通过识别所有突变依赖的共享核结构,我们将基础生物物理学与临床白血病联系起来。这意味着我们可以直接靶向结构本身——这是治疗理念的新突破。"
团队研究成果发表在《细胞》期刊题为《不同白血病突变汇聚于核相分离凝聚体》的论文中。研究人员指出:"本研究证实NPM1c在多种NPM1突变型AML模型中形成相分离核凝聚体——即协调体(C-body)。"他们得出结论:综合数据"确立协调体作为白血病的治疗脆弱点"。
白血病始于造血细胞中的基因突变破坏生长与分化平衡。携带完全不同的基因改变的患者却表现出惊人相似的基因活性模式,且可能对相同药物产生反应。究竟是什么隐形线索让如此多的突变呈现相同行为?
为探究真相,贝勒医学院的Riback实验室与Goodell实验室联手。研究蛋白质通过"相分离"形成液滴过程的助理教授兼CPRIT学者Riback,与分子和细胞生物学系主任、血液干细胞研究先驱Goodell合作,共同追寻隐藏在癌症化学背后的物理学原理。
研究转折点出现在研究生兼第一作者Gandhar Datar(由Riback和Goodell共同指导)透过Riback高分辨率显微镜观察时:白血病细胞核闪烁着十几个亮斑——这些微小信标在健康细胞中完全缺失。
深入调查发现,这些亮斑并非随机形成,而是由相分离产生的新型核区室,其物理原理与水中油滴形成机制相同。研究人员解释道:"凝聚体具有类似液体的相态,物理特性与油水分离相似但复杂度显著更高。"
他们将新区室命名为"协调体"(C-body)。这些区室富含突变白血病蛋白,并吸引大量正常细胞蛋白来协调激活白血病程序。"我们的数据证明协调体富集促进白血病发生的蛋白,"他们指出。
研究发现,在细胞核内协调体如同微型控制室,将维持白血病基因激活的分子聚集在一起。如同汤羹表面凝聚的油滴,当细胞分子组分达到特定平衡时它们便会显现。
更令人惊讶的是,研究显示携带完全不同白血病突变的细胞形成的液滴具有相同行为。尽管化学成分各异,但最终形成的核凝聚体执行相同功能,遵循相同的物理法则。
Riback实验室开发的新型定量检测证实了这一点:这些液滴在生物物理学上无法区分——如同不同食材熬制却达到相同浓稠度的汤羹。无论何种突变启动该过程,每种白血病都形成相同类型的协调体。
"这太惊人了,"Riback说,"所有不同白血病驱动因子各自拥有独特配方,最终却'烹制'出相同的液滴或凝聚体。这正是白血病的共性所在,为我们提供了共同靶点。若理解协调体的生物物理学特性及其通用配方,我们就能掌握溶解它的方法,为靶向多种白血病提供新洞见。"
团队在人源细胞系、小鼠模型和患者样本中均验证了该发现。科学家写道:"我们首次证明NPM1c在NPM1突变型AML的体外和体内模型及多个患者原代样本中形成协调体这一新型凝聚体。"Datar补充道:"在所有研究模型中,模式完全一致。当我们发现这些亮斑时,就知道正在观察某种根本性机制。"当研究人员调整蛋白质使其无法形成液滴——或用药物溶解液滴——白血病细胞停止分裂并开始分化为健康血细胞。
"在患者样本中观察到协调体使关联变得极为清晰,"共同作者、Goodell实验室博士后Elmira Khabusheva博士说,"将现有药物置于协调体框架下,我们就能理解为何它们对不同白血病有效,并开始设计直接靶向凝聚体的新药。这如同终于看清整片森林而非仅见树木。"
协调体的发现为白血病赋予了物理地址——科学家现在能看见、触达并靶向的结构。它为不同突变如何汇聚于同种疾病提供了简明物理解释,并指向旨在溶解癌症依赖液滴的治疗方案——如同撇去汤羹浮油以恢复平衡。"综上,这些数据定义了我们称之为协调体(C-body)的新凝聚体,并确立其作为白血病治疗脆弱点,"研究人员总结道,"数据证明协调体对疾病所有特征至关重要:维持白血病基因表达、阻止分化及促进体内扩增。"
该发现建立了将液滴形成疾病驱动因子关联至共享治疗靶点的新范式,揭示白血病不同突变汇聚于相同凝聚体的同时,暗示肌萎缩侧索硬化症(ALS)等其他疾病可能各自组装遵循相同物理法则的生物物理学等效液滴。
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