Cell Stem Cell | Ribo-seq应用：核编码线粒体呼吸蛋白的选择性翻译调控急髓白血病的发展与化疗耐药性

导读

线粒体是细胞能量和代谢的核心，内膜上的复合物I-V构成呼吸链，通过氧化磷酸化（OXPHOS）生成ATP。线粒体在不同条件下的适应对细胞能量供应和生存至关重要，理解其调控机制是关键。

在癌症中，线粒体影响肿瘤的发生、发展和治疗抵抗。癌细胞通过代谢重编程适应缺氧和营养缺乏的环境，一些癌症依赖OXPHOS来维持癌症干细胞，如急性髓性白血病（AML）。

AML是一种侵袭性白血病，白血病干细胞（LSCs）负责疾病的复发和化疗抵抗，主要归因于线粒体的适应性变化，因此针对线粒体适应的治疗可能改善患者预后，但其选择性调控机制尚不明确。

大多数线粒体蛋白质由细胞核编码，翻译过程受到严格调控，响应能量和环境变化。一些核编码线粒体mRNA含有TISU元件，能够在葡萄糖缺乏或AMPK激动时维持翻译效率。然而，核编码线粒体蛋白在病理条件下的翻译调控机制仍需进一步研究。

2024年10月1日，武汉大学张好建团队在Cell Stem Cell上发表了一篇题为“Selective translation of nuclear mitochondrial respiratory proteins reprograms succinate metabolism in AML development and chemoresistance”的论文，发现了RREB1-eEF1A1-3' UTR轴选择性控制核编码线粒体蛋白翻译的机制，为线粒体功能适应提供了一条新途径，揭示了急髓白血病发病的关键机制，并提供了潜在的治疗策略。

文章索引

【IF】25.269

研究结果

一. RREB1作为翻译调控因子在急性髓性白血病（AML）中至关重要

为寻找AML中的蛋白质翻译调控因子，作者通过OP-Puro实验发现AML患者的白血病干细胞（LSCs）的蛋白质翻译速率比健康供体高约3倍。

筛选识别出RREB1作为关键翻译调控因子，其敲低会显著降低AML细胞的蛋白质翻译、增殖和克隆形成能力，并诱导细胞凋亡。

此外，RREB1在AML患者中的高表达与较差的生存率相关，表明RREB1对AML发展很重要。

二. RREB1对小鼠AML发展和白血病干细胞功能至关重要，但不影响正常造血功能

研究发现，Rreb1敲除延缓了AML发展，抑制了白血病干细胞的增殖、干性和白血病进程，但对正常造血和造血干细胞（HSC）的功能无显著影响。

三. RREB1调控AML细胞中核编码线粒体呼吸链蛋白的翻译及琥珀酸代谢

作者进行OP-Puro标记实验和Ribo-seq核糖体印迹分析表明，RREB1缺失导致AML细胞的蛋白质翻译效率下降，尤其是线粒体相关蛋白的翻译受到影响。

RREB1的缺失还减少了线粒体呼吸链复合物的活性，尤其是复合物II（CII），引发了琥珀酸代谢紊乱。

四. SDHD通过恢复线粒体复合物II活性和琥珀酸代谢拯救Rreb1缺失的干细胞功能

复合物II的高表达与AML患者的低生存率相关，抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）亚基可显著抑制白血病细胞的生长。

恢复SDHD表达可改善Rreb1缺失干细胞的克隆能力，并提高琥珀酸和富马酸水平，通过补充富马酸或辅酶Q10可恢复Rreb1缺失干细胞的克隆能力。因此，SDHD通过调节CII活性和琥珀酸代谢在AML中介导RREB1的功能。

五. 在人AML和实体瘤中发现了一种新的RREB1亚型

作者在多种人类癌症中发现了一种短型RREB1变体（RREB1S），该变体位于核和细胞质中，具备直接参与蛋白质合成的潜力。实验显示，RREB1S显著提高了蛋白质翻译效率，而全长RREB1未表现出相同效果，这表明RREB1S能够调控蛋白质翻译。

六. RREB1S通过直接结合3' UTR的保守基序促进核编码线粒体呼吸链复合蛋白的翻译

作者接着探讨了RREB1S是否控制核编码线粒体呼吸链复合蛋白的翻译。结果显示，RREB1S显著提高了多种核编码线粒体呼吸链复合蛋白的水平，但并不影响其mRNA表达。

七. RREB1S与eEF1A1协同促进核编码线粒体呼吸链复合蛋白的翻译

质谱分析显示213种与RREB1S相关的蛋白，主要参与蛋白合成，使用SDHD-a1 RNA寡核苷酸发现282种富集在翻译中的候选蛋白。

免疫共沉淀实验确认RREB1S与eEF1A1相互作用，敲低eEF1A1消除RREB1S的翻译增强作用。

八. RREB1S导致耐药性，抑制线粒体复合体II可使AML细胞对venetoclax治疗恢复敏感性

RREB1S导致急性髓系白血病（AML）细胞对venetoclax（维奈托克）耐药，且高表达的线粒体复合体II与耐药性相关。抑制线粒体复合体II活性可恢复AML细胞对venetoclax的敏感性，包括TP53缺失的AML细胞。

总结

本文发现，在急性髓系白血病中，RAS效应子RREB1作为转录调控因子，调节核编码线粒体蛋白的翻译。RREB1缺失会降低线粒体活性和琥珀酸代谢，影响白血病干细胞功能，补充复合体II亚基SDHD可纠正这些缺陷，揭示了AML中线粒体适应性的翻译调控机制，为靶向白血病干细胞提供了新策略。

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