【核糖体疾病】 | 肿瘤抑制因子“黑化”记：过量HNRNPK如何引爆细胞核仁，诱发罕见血液病

导读：

在我们每个细胞的细胞核内，有一个名为“核仁”的无膜结构，它是生产核糖体（细胞蛋白质合成机器）的“工厂”。众所周知，核仁功能失常与衰老、癌症和一系列被称为“核糖体病”（如范可尼贫血、戴-布二氏贫血）的罕见血液疾病密切相关。传统观点认为，这些疾病是由于缺失某些核糖体组件导致的。

 

然而，这项发表于JCI杂志的研究彻底颠覆了这一认知：研究发现，一个关键的肿瘤抑制因子HNRNPK，当其过量表达时，竟会化身“破坏分子”，通过引爆核仁应激，导致与核糖体病一模一样的症状。这为理解并治疗这类罕见病提供了全新的视角和靶点。

 

 

文章索引：

标题：The tumor suppressor HNRNPK induces p53-dependent nucleolar stress to drive ribosomopathies.

发表期刊：Journal of Clinical Investigation.

发表时间：2025.05

作者团队： 西班牙国家肿瘤研究中心 Miguel Gallardo团队

IF：13.6

DOI：10.1172/JCI183697.

 

翻译组学技术的运用​​

本研究并未停留在现象描述，而是利用翻译组学技术深入揭示了现象背后的功能缺陷：

Polysome Profiling：这项技术像给细胞内的核糖体做“人口普查”，通过超速离心将不同活跃程度的核糖体分离开。研究发现，HNRNPK过表达细胞中，正在高效翻译的“多聚核糖体”急剧减少，说明翻译过程被全局性抑制。

 

新生蛋白脉冲标记（HPG Assay）：这项技术通过给细胞喂食一种带有荧光标签的氨基酸类似物（HPG），来“捕捉”刚刚合成出来的新生蛋白质。直观的荧光成像和定量分析显示，HNRNPK过表达细胞的新生蛋白信号大幅减弱，为“翻译停产”提供了最直接的证据。

 

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研究结果

（1）HNRNPK过表达会破坏翻译过程

为了研究HNRNPK过表达对生物学程序的影响，作者建立了两种过表达HNRNPK的小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）模型：Hnrnpk^SAM、Hnrnpk^Tg-Cre（图1A）。

 

 

作者对Hnrnpk^SAM 进行了RNA-Seq和基于多重质谱的蛋白质组学（TMTpro）分析（图1B），发现差异表达最多的基因集是G2/M检查点通路，在hnrnkp过表达模型中G2/M通路基因上调（图1C）。此外，hnrnpk过表达模型显示了一组参与核糖体生物合成（RiBi）和rRNA加工的下调基因和蛋白质的显著富集 （图1C）。

 

为了证实HNRNPK对RiBi和功能的负面影响，作者进行了Polysome profiling分析，观察到翻译效率的整体下降（图1D），HPG实验再次证实了翻译效率的下降（图1E），这表明在过表达hnrpk的细胞中，翻译效率受到严重抑制。

 

（2）HNRNPK过表达导致核仁异常并伴有核仁应激特征​​

随后，通过核仁蛋白免疫标记（核仁标记）和电镜分析，作者在hnrnpk过表达的细胞中观察到核仁数量增加以及更小的核仁（图2）。

 

电镜分析揭示了hnrnkp过表达模型中核仁的改变，包括(a)核仁周围成分（致密纤维成分，纤维中心）的分离，(b)颗粒成分的异常积累，(c)分叶化和核仁碎裂，以及(d)形成突出的抑制异染色质团块（图2A）。通过免疫标记和测定纤维蛋白（FBL） mRNA和蛋白水平证实核仁异常。FBL在整个细胞核的多个病灶中分离，表达水平较低（图2A-B）。为了进一步验证我们的假设，我们分析了核仁蛋白（NCL）的表达模式。观察到NCL过度表达并部分易位到核质（图2B），这是核仁应激的标志之一。

 

（3）HNRNPK过表达显示出rRNA和核糖体蛋白减少，并导致细胞周期阻滞和衰老

为了验证HNRNPK对RiBi和rRNA加工以及核仁中显示的异常的影响，作者对两种核糖体成分：rRNAs和核糖体蛋白（RPLs和RPs）进行了分析。

 

5-乙基尿苷（EU）原位转录实验观察到Hnrnpk^SAM细胞的核仁（pre-rRNA）和染色质（pre-mRNA）转录均显著减少。此外，新生rRNA的EU结合信号出现在许多荧光强度低的小核仁中（图3A）。也观察到较低水平的pre-rRNA 45S和大亚基rRNA 5.8S（图3B）。

 

Northern blot分析发现HNRNPK过表达导致小鼠45S/47S前rRNA减少，同时rRNA前体20S和34S的表达差异显示出加工异常（图3C）。这些发现表明，HNRNPK过表达会破坏正常的核糖体生物发生，导致rRNA加工改变和rRNA前体水平异常。另外，qRT-PCR证实了RPLs和RPs的减少（图3D）。

 

翻译中断、RiBi失调和核胁迫通过p53聚合为典型的应激反应。本研究观察到p53、c-MYC均由HNRNPK直接调控的（图3E）。此外，在细胞周期特征和凋亡状态方面，证实了G2/M期的增加（图3F）。p53则可以驱动细胞周期阻滞的分子伴侣上调（图3H），这种细胞周期阻滞会通过SA-β-半乳糖苷酶驱动细胞衰老（图3G）。

 

综上所述，这些结果表明HNRNPK促进核仁应激，在这种特殊情况下，核仁应激依赖于p53，并导致p53介导的细胞周期阻滞，驱动细胞衰老和凋亡。

 

（4）HNRNPK过表达表型依赖于p53

为了验证模型中核仁应激反应的依赖性，作者构建了过表达HNRNPK并p53单倍剂量不足的细胞系（Hnrnpk^Tg-cre/Tp53^lox/WT）（图4A）。p53单倍剂量不足成功恢复了蛋白质合成速率（图4B），逆转了观察到的核仁应激特征（图4C），减少了细胞周期阻滞（图4D）和细胞衰老（图4E），并恢复了细胞表型。这些结果证实了HNRNPK驱动的核仁应激对p53的依赖性。

 

（5）HNRNPK过表达的造血干细胞功能异常

为了研究HNRNPK过表达在体内的影响，作者建立了Hnrnpk^Tg小鼠。为了避免HNRNPK可能引起的发育问题，采用了4-OHT诱导的hUBC^CreERT2模型（图5A）。

 

培养来自Hnrnpk^{Tg-hUBC-CreERT2}全骨髓的造血干细胞（HSCs），并在诱导后证实了HNRNPK的过表达，其分子模式与Hnrnpk^SAM细胞相似（图5B）。对这些细胞进行了表型表征，发现其存活率下降（图5B）。此外，这些HSCs耗竭速度更快（图5C）。免疫组化和/或Western blotting证实，在激活的Hnrnpk^{Tg-hUBC-CreERT2}小鼠模型中，造血组织可检测到HNRNPK的过表达（图5D）。

 

同时，观察到Hnrnpk^{Tg-hUBC-CreERT2}小鼠模型的寿命缩短（图5E），这主要归因于发育不良和/或骨髓衰竭（图5F），以及多种衰老迹象：骨骼畸形和/或严重驼背，并伴有毛发变白和/或脱发斑块。

（6）hnRNP K过表达在体内引发骨髓衰竭

ELISA检测到外周血清中促衰老细胞因子IL-6水平升高，这与造血干细胞耗竭和衰老表型一致（图6A）。

 

当通过H&E、IHC和流式细胞术（FCM）分析骨髓时，观察到一些异常，包括淋巴B220+细胞减少（图6B和C），髓系Gr1+（图6B）比例较高，造血功能受损，CD34+（图6B和C）减少。

 

在这些动物中观察到HSC CD34+和淋巴细胞B220+细胞的恢复（图6D），证实了p53单倍功能不全在体内部分挽救了骨髓衰竭和HSC衰竭。总之，HNRNPK在体内过表达会通过p53引起造血干细胞的促衰老表型，从而导致类似核糖体病的骨髓衰竭表型。

 

最后，作者分析了HNRNPK在导致骨髓衰竭的不同核糖体病中的表达（图6E）。结果发现即使在HNRNPK不是骨髓衰竭驱动因素的情况下，患者也存在高HNRNPK水平，这可能有助于核糖体病变患者的疾病进展。

 

研究结论

这项研究打破了认为核糖体病由“核糖体组件缺失”引起的传统框架，提出了一个全新的“获得性功能”致病模型：关键RNA结合蛋白的过量表达，同样可以通过破坏核仁稳态、抑制翻译，引发致命的核糖体病。

 

这不仅为理解核糖体病的病因学开辟了新道路，更重要的是，HNRNPK及其通路中的关键分子（如p53）成为了潜在的全新治疗靶点。未来，针对这些靶点的药物研发，或许能为目前治疗手段有限的核糖体病患者带来新的希望。

 

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