PABPC1の相分離による選択的翻訳制御が慢性骨髄性白血病の急性転化期と治療抵抗性を調節する

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慢性骨髄性白血病 PABPC1 相分離 翻訳制御 治療抵抗性 急性転化期 CRISPR-Cas9スクリーニング

学術的背景と問題の導入

慢性骨髄性白血病（Chronic Myeloid Leukemia, CML）は、BCR-ABL1融合遺伝子によって引き起こされる血液系の悪性腫瘍です。チロシンキナーゼ阻害剤（Tyrosine Kinase Inhibitors, TKIs）の使用により、CML患者の生存率は大幅に改善されましたが、TKI耐性と急性転化期（Blast Crisis, BC）への進行は依然として臨床治療における主要な課題です。急性転化期患者の予後は極めて悪く、中央生存期間は1年未満です。そのため、CML進行の分子メカニズムを研究し、特に新たな治療標的を探求することは、臨床的に重要な意義を持ちます。

近年、翻訳制御ががんの進行において重要な役割を果たすことが多くの研究で示されています。しかし、CML進行における翻訳制御の具体的なメカニズムはまだ明らかではありません。本研究は、ハイスループットスクリーニングと機能研究を通じて、CML急性転化期の進行における翻訳制御メカニズムを解明し、潜在的な治療戦略を探求することを目的としています。

論文の出所と著者情報

本研究は、中国医学科学院基礎医学研究所、中山大学、南方医科大学など複数の研究機関の共同研究チームによって行われ、Yanni Ma、Meng Zhao、Jia Yu、Xiaoshuang Wangが責任著者を務めました。論文は2025年4月に『Nature Cell Biology』誌に掲載され、タイトルは「Selective translational control by PABPC1 phase separation regulates blast crisis and therapy resistance in chronic myeloid leukaemia」です。

研究の流れと実験設計

1. ハイスループットCRISPR-Cas9スクリーニング

研究チームはまず、CRISPR-Cas9スクリーニング技術を用いて、CML急性転化期細胞株K562において407個の古典的なRNA結合タンパク質（RNA-Binding Proteins, RBPs）をスクリーニングし、CML進行に関連する重要な調節因子を探求しました。スクリーニングの結果、Poly(A)結合タンパク質細胞質1（PABPC1）がCML急性転化期で顕著にアップレギュレーションされており、タンパク質合成と細胞増殖を制御する中心的な因子であることが明らかになりました。

2. CML急性転化期におけるPABPC1の機能検証

PABPC1の機能を検証するため、研究チームは条件付きノックアウトPABPC1マウスモデルを構築し、BCR-ABL1誘導CMLマウスモデルを用いてin vivo実験を行いました。その結果、PABPC1ノックアウトはマウスの生存期間を有意に延長し、白血病細胞の浸潤と増殖を減少させました。さらに、PABPC1ノックアウトは白血病幹細胞（Leukaemia Stem Cells, LSCs）の頻度と活性を低下させ、PABPC1がCML急性転化期の進行において重要な役割を果たすことを示しました。

3. PABPC1が白血病関連mRNAの翻訳を選択的に制御

RNA免疫沈降シークエンス（RIP-seq）とポリソームプロファイリング（Polysome Profiling）を通じて、研究チームはPABPC1が長く高度に構造化された5′非翻訳領域（5′UTR）を持つ白血病関連mRNA（BCR-ABL1、IDH2、HRASなど）を優先的に結合し、その翻訳を促進することを発見しました。これらの遺伝子はCML急性転化期で顕著にアップレギュレーションされており、その翻訳効率の低下はCML細胞の増殖と疾病進行を直接抑制しました。

4. PABPC1が相分離を通じて翻訳を制御するメカニズム

研究チームはさらに、PABPC1が液-液相分離（Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS）を通じて生体分子凝集体を形成し、翻訳開始因子eIF4F複合体をリクルートすることで、標的mRNAの翻訳を促進することを明らかにしました。PABPC1の相分離能力は、その内在的無秩序領域（Intrinsically Disordered Region, IDR3）に依存しており、IDR3を削除または置換すると、その翻訳制御機能が著しく低下しました。

5. PABPC1阻害剤のスクリーニングと検証

PABPC1を治療標的として探求するため、研究チームはAlphaScreenを用いて7,997種の化合物をスクリーニングし、PABPC1のRNA結合活性を効果的に阻害する2つの低分子化合物、1,10-フェナントロリン（1,10-Phenanthroline）とML324を同定しました。これらの化合物はin vitroおよびin vivo実験において、CML細胞の増殖と疾病進行を著しく抑制し、TKI耐性を克服することが示されました。

主な研究結果

  1. PABPC1はCML急性転化期進行の重要な調節因子：ハイスループットスクリーニングと機能検証により、PABPC1がCML急性転化期で顕著にアップレギュレーションされており、タンパク質合成と細胞増殖を制御する中心的な因子であることが示されました。
  2. PABPC1が白血病関連mRNAの翻訳を選択的に制御：PABPC1は長く高度に構造化された5′UTRを持つ白血病関連mRNA（BCR-ABL1、IDH2、HRASなど）を優先的に結合し、その翻訳を促進します。
  3. PABPC1が相分離を通じて翻訳を制御：PABPC1はLLPSを通じて生体分子凝集体を形成し、eIF4F複合体をリクルートすることで、標的mRNAの翻訳を促進します。
  4. PABPC1阻害剤が治療の可能性を秘める：1,10-フェナントロリンとML324はPABPC1のRNA結合活性を効果的に阻害し、in vitroおよびin vivo実験においてCML細胞の増殖と疾病進行を著しく抑制しました。

研究の結論と意義

本研究は、PABPC1がCML急性転化期の進行において重要な役割を果たすことを明らかにし、相分離を通じて白血病関連mRNAの翻訳を選択的に制御する分子メカニズムを解明しました。さらに、研究チームはPABPC1機能を効果的に阻害する2つの低分子化合物を同定し、TKI耐性を克服し、CML急性転化期を治療する新たな戦略を提供しました。

研究のハイライト

  1. 革新的な発見：PABPC1が相分離を通じて翻訳を制御するメカニズムを初めて明らかにし、CML急性転化期におけるその重要な役割を同定しました。
  2. ハイスループットスクリーニングと機能検証：CRISPR-Cas9スクリーニングと多様な機能実験を通じて、PABPC1の機能とメカニズムを体系的に検証しました。
  3. 治療の可能性：PABPC1機能を効果的に阻害する2つの低分子化合物を同定し、CML治療の新たな薬剤候補を提供しました。

その他の価値ある情報

本研究では、PABPC1がTKI耐性CML細胞において顕著にアップレギュレーションされており、その阻害がTKI耐性を克服することが示されました。この発見は、TKI耐性メカニズムの研究に新たな視点を提供し、併用治療法の開発に基盤を築きました。

本研究は、CML進行の分子メカニズムの理解を深めるだけでなく、新たな治療戦略の開発に重要な理論的および実験的根拠を提供しました。