研究背景

造血干細胞（HSCs）的增殖異常會導致白血病、貧血、免疫缺陷等疾病的發生。通過促進HSCs增殖獲取足夠HSCs進行血液移植是治療血液系統疾病（白血病等）的關鍵。已知細胞增殖與聚合酶II介導的mRNA轉錄以及囊泡轉運有關，但RNA聚合酶II各個亞基的入核機制仍不清楚，且囊泡轉運驅動HSCs增殖的分子機理仍值得深入探究。

研究概述

2024年3月，中國科學院重慶綠色智能技術研究院、西南大學李禮課題組和羅凌飛課題組在Nature Communications雜志上發表了題為“TANGO6 regulates cell proliferation via COPI vesicle-mediated RPB2 nuclear entry”的文章。該研究綜合利用細胞系以及小鼠等模型，揭示轉運和高爾基體組織—TANGO6通過外殼蛋白復合物I（COPI）囊泡轉運調控RNA聚合酶II亞基—RPB2入核驅動細胞增殖這一新機制，并強調了其在促進HSCs增殖中的重要作用。（麥特繪譜提供[2,3-13C2]標記的丙氨酸代謝流檢測技術）

技術路線圖

研究結果

1. TANGO6亞細胞定位和拓撲結構鑒定

基于HeLa細胞探究COPI囊泡在整個細胞周期中的調節機制，發現高爾基體衍生的COPI囊泡是細胞質中TANGO6的關鍵載體，并且在細胞周期進程中動態分布。隨后研究COPI囊泡轉運TANGO6的機制，借助不同數據庫分析TANGO6的氨基酸序列，預測了6個推定的跨膜結構域和一個信號錨點。進一步通過實驗證實TANGO6的N端以及C端均定位在細胞漿中，通過一個信號錨以及兩個跨膜結構域錨定在COPI囊泡上，從而隨著COPI囊泡運動。

免疫熒光染色圖像表明TANGO6 WT和TANGO6 KO細胞都含有丙氨酸。基于[2，3-13C2]標記丙氨酸的代謝流分析（麥特繪譜提供服務）結果顯示，丙氨酸水平在WT細胞沉淀中逐漸減少，在TANGO6 KO細胞沉淀中以更快速率下降，暗示TANGO6參與蛋白質分泌。

圖1. COPI囊泡中TANGO6的拓撲結構

2. TANGO6通過COPI-SNARE-ER通路進入細胞核

除了TANGO6在細胞質中的動態分布外，在細胞核中也觀察到TANGO6信號。已知可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體（SNARE）復合物介導的膜融合在貨物通過COPI囊泡從高爾基體到內質網（ER）的逆向運輸中起著至關重要的作用，Co-IP結果表明，TANGO6與N-乙基馬來酰亞胺敏感融合蛋白（NSF，一種參與SNARE復合物介導膜融合的關鍵ATP酶）相互作用，提示COPI-SNARE-ER通路參與了TANGO6的入核。

Co-IP結果表明，TANGO6和富含亮氨酸的重復序列59（LRRC59）之間存在強大的相互作用。敲低KPNB1導致細胞核中TANGO6信號急劇減少，并伴隨TANGO6在細胞質中的積累結合。結合siRNA干擾技術結果，最終明確TANGO6經COPI囊泡轉運至內質網后，通過SNARE復合體介導的膜融合進入內質網，并在LRRC59和KPNB1的幫助下進入細胞核。

圖2. TANGO6的入核由SNARE復合體、ER和KPNB1輔助

3. TANGO6可攜帶RPB2到細胞核

TANGO6不與染色質結合，推測其可能參與了各種因子向細胞核的轉運，因此對神經膠質瘤細胞系U251進行質譜分析以鑒定候選分子。結果表明，RNA聚合酶II復合物的第二大亞基—RPB2與TANGO6表現出實質性的相互作用，隨后的Co-IP實驗證實了HeLa和U251細胞中TANGO6和RPB2之間的強相互作用。進一步，敲降TANGO6后發現RPB2累積在細胞漿中，無法入核。并隨后證實了TANGO6通過COPI囊泡介導的運輸將RPB2轉運到細胞核，并得到了來自內質網的KPNB1的協助，整體表明TANGO6-RPB2軸在細胞增殖中起著不可或缺的作用。

圖3. TANGO6可攜帶RPB2到細胞核

4. TANGO6-RPB2軸在造血過程中被HSC廣泛使用

繼續探索TANGO6-RPB2軸在體內的作用。建立傳統的Tango6敲除小鼠，發現小鼠HSCs的產生不受影響，但在HSCs的增殖期（E12.5-E16.5）cKO小鼠通體變白，胎肝變小無血色。通過流式細胞術發現HSCs的數量在突變體中顯著降低，且Tango6缺陷會影響小鼠HSCs中RPB2入核受阻，而過表達Tango6后HSCs數目增加，表明TANGO6-RPB2信號軸在生物體內的重要功能之一是調控HSCs的增殖。

圖4. TANGO6-RPB2軸對小鼠造血干細胞在體內的擴增至關重要

研究結論

本研究基于細胞系及小鼠等模型，以TANGO6為切入點，運用Co-IP、流式細胞術、同位素標記的代謝流等方法，揭示了RNA聚合酶II亞基的入核機制與TANGO6、RPB2和COPI囊泡轉運系統的協同作用緊密協調有關。COPI囊泡相關的TANGO6通過逆行轉運將RPB2攜帶到內質網中，在LRRC59和輸入蛋白的幫助下攜帶到細胞核，以確保細胞增殖過程中的順利進展。此項研究為實現有效在體外擴增干細胞或并將其作為潛在治療靶點來緩解和治療腫瘤提供理論指導。

參考文獻

Feng Z, Liu S, Su M, et al. TANGO6 regulates cell proliferation via COPI vesicle-mediated RPB2 nuclear entry. Nature Communications. 2024.

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