急性髓性白血病（AML）作为成人最常见的急性白血病类型，其生存率仍然不容乐观。近年来，科学家们一直在寻找能够有效打击AML的新靶点和治疗策略。最新的研究发现，调节相分离过程，可能是对抗AML的新途径。相分离（phase separation）是一种细胞内生物分子如蛋白质和核酸通过多价和动态相互作用自发形成独立生物分子凝聚体或无膜隔室的过程。这种生物分子凝聚体在细胞内起着调控基本生命活动的关键作用。其平衡如果被微妙干扰，无论是增加还是减少相分离，都可能导致生理功能异常或紊乱。在急性髓系白血病的发展过程中，RNA结合蛋白（RBPs）及其靶RNA作为相分离凝聚体的常见组成部分，扮演着至关重要的角色。然而，特定具有相分离能力的RBPs在AML中的作用，以及针对相分离干扰的治疗潜力，仍待深入探讨。
近日，浙江大学基础医学院钱鹏旭在Nature Cell Biology杂志上发表了题为“Phase separation-competent FBL promotes early pre-rRNA processing and translation in acute myeloid leukaemia”的研究论文。通过在小鼠体内进行CRISPR筛选，该研究发现在AML进程中，关键的RBPs主要集中在核仁，并确定了FBL（Fibrillarin）作为一个关键核仁蛋白，在促进AML细胞生长、分化阻滞、存活以及维持白血病干/祖细胞（LSPC）自我更新能力方面发挥重要作用。这在很大程度上归因于其相分离属性。该研究描述了FBL在核仁结构和功能中的非典型角色，导致AML白血病发展过程中关键致癌基因的翻译活性增强。同时还展示了药理调控FBL的相分离属性作为一种潜在有效的抗白血病治疗方法。
核仁是一个由多种亚区共存的多层生物大分子凝聚体，它是核糖体生物合成的初始步骤发生的关键场所。尽管核仁蛋白及其功能变化与增加癌症风险有关，但其在AML中的具体作用尚未被充分探索。FBL是核仁中的关键蛋白之一，尽管大多数研究聚焦于其在rRNA 2’-O-甲基化方面的作用，FBL还参与了核糖体生物合成的其他过程，例如促进rDNA的转录以及通过相分离负责rRNA前体的剪切。FBL如何作为一个重要的致癌基因促进AML的发生和发展仍不清楚。
图1. AML小鼠模型中的RBP CRISPR筛选
本研究首先利用FBL结构域点突变、缺失、替代与嵌合等进行功能筛选，发现FBL的特定相分离属性是其促进AML发展的基础。FBL通过其相分离的互斥型RBD和IDR结构维持AML的扩增和LSPC的自我更新能力，而不是单纯的甲基转移酶或乙酰化结构域。
进一步通过超分辨显微技术和胞内外相分离凝聚体重构实验，研究揭示了FBL蛋白中GAR和MD结构的特定序列的同型和异型相互作用对其定位和核仁结构的正确形成至关重要，进而影响包括LSPC在内的AML细胞的核仁数量。结合RNA-FISH、RiboMeth-Seq、Northern blot、翻译组测序（polysome profiling-seq）等实验发现FBL通过其特定的相分离能力影响一系列pre-rRNA的早期加工活动，如从转录区域的扩散、切割到2’-O-甲基化修饰，这些过程最终改变了包括JAK-STAT信号通路中的关键致癌mRNA的翻译。 这些功能一方面保证了LSPC的生存和维持，另一方面也确保了AML细胞快速增殖的蛋白质翻译需求。
图2. AML细胞中FBL及其突变体的相分离情况
此外，研究还发现，药物CGX-635能够直接作用于FBL，改变其相分离行为，有效抑制AML细胞的生长和LSPC的自我更新能力。CGX-635是一种已知的植物生物碱抗癌药物，表面等离子共振技术（SPR）揭示其可与FBL直接结合; 体外相分离实验以及C-Trap荧光光镊系统诱导的液滴融合实验表明CGX-635可能以多价双部位方式介导FBL凝聚物由液态/凝胶态向固态的转变，影响了FBL介导的pre-rRNA的早期处理过程。特别是，在表达FBL较高的AML细胞中，CGX-635显示出更高的敏感性，这表明CGX-635可能通过靶向核仁蛋白而非组装的核糖体来实现一种新的抗白血病机制。
该项研究不仅增进了我们对核仁蛋白在AML发展中的作用的理解，还强调了开发针对FBL的相分离调节剂作为AML治疗方法的潜力。
图3. FBL相分离功能及其在AML中的作用机制示意图
浙江大学基础医学院钱鹏旭研究员、浙江大学医学院附属第一医院黄河教授为本文的共同通讯作者。浙江大学博士后杨琳、张召茹为该论文的共同第一作者，姜蓬垒、孔德麟、俞泽斌、史丹蓉、韩颖丽、陈尔拓参与了本项研究。该研究受到浙江大学基础医学院、良渚实验室和浙江大学医学院附属第一医院中心实验室多个公共技术平台的大力支持，并感谢浙江大学医学院附属第一医院郑伟燕、孙洁、赵妍敏、罗依、施继敏、姚航平主任和良渚实验室裴善赡研究员在课题开展过程中的支持与帮助。
