Cell Death Differ | 程博/李永红团队揭示核定位GDOWN1通过“双保险”机制协同抑制全局转录与细胞周期促进广谱性抗癌

转录失调与细胞周期失控是癌症的两大核心特征。有趣的是，转录周期与细胞周期的进程都由一系列级联激活的细胞周期蛋白依赖性激酶（ CDK ）及其对应的磷酸酶所驱动，二者在 “ 磷酸化 —— 去磷酸化 ” 的动态平衡中维持着细胞的稳态。长期以来， CDK 被视为极具吸引力的抗癌靶点，但现有的治疗策略大多单线作战：或单独靶向细胞周期，或单独靶向转录，疗效有限且易产生耐药。近年来，同时靶向转录相关 CDK 与细胞周期相关 CDK 的双重抑制剂初显抗肿瘤优势，提示协同重塑 “ 激酶 —— 磷酸酶平衡 ” 可能成为突破当前抗癌治疗瓶颈的新方向【1】。然而，能否找到一个单一的分子实体，以其天然的调控能力同时踩下转录与细胞周期的 “ 刹车 ” ？

近日，兰州大学生命科学学院程博教授团队与甘肃省人民医院李永红主任团队合作，在Cell Death & Differentiation杂志在线发表题为Nuclear-targeted GDOWN1 potently suppresses tumors by inducing premature transcription termination and exporting Pol II CTD phosphatases to activate RB的研究论文。该研究系统阐明了核靶向的GDOWN1突变体nGDOWN1(10M)通过诱导Pol II启动子近端提前终止、并将CTD磷酸酶PP2A/PP1运送出核以激活RB家族抑癌蛋白的级联调控机制，在多种癌细胞系、小鼠异种移植瘤模型及结直肠癌患者来源类器官中均展现出强效且可控的广谱抗癌活性，且该活性不依赖于p53的功能状态。

GDOWN1 是一个高亲和力的 Pol II 结合因子，在体外可竞争性抑制 TFIIF 与 Pol II 的结合从而阻断转录起始，并参与调控多种延伸因子的功能。然而，一个长期悬而未决的谜题是： GDOWN1 在各种体细胞中被严格锁在细胞质内，即便人为融合核定位信号也无法将其驱赶入核。程博团队 2022 年发表于 eLife 的研究曾系统鉴定出控制 GDOWN1 亚细胞定位的两段核输出信号（ NES ）和一个全新的细胞质锚定信号（ CAS ），并构建了将这三个模序中 10 个关键氨基酸全部突变的核定位突变体 nGDOWN1(10M ）【2】；初步观察发现，该突变体入核后可引发全局性转录抑制并伴随严重的生长阻滞，但其深层分子机制一直未被阐明。

本研究中，作者首先利用可诱导表达系统确认：诱导表达 nGDOWN1(10M) 可强力抑制 DNA 复制，使细胞快速、可逆地阻滞于 G1/S 期；这种阻滞不同于细胞衰老，也不伴随 DNA 损伤或凋亡信号，通过 dTag-13 小分子诱导 nGDOWN1(10M) 降解后，细胞周期参数可近乎完全恢复，凸显了其作为可控型抗癌策略的潜力。

机制上，作者结合免疫荧光、 TT-seq 和 ChIP -seq 等多组学手段发现， nGDOWN1(10M) 在核内与转录中的 Pol II 结合，显著破坏 Pol II CTD 的磷酸化稳态（ Pol II-S5P 水平的骤降而 Pol II-S2P 堆积于启动子近端区域），并发生大规模提前终止，进而造成新生转录的全局性抑制。出乎意料的是，提前终止释放出的 Pol II-S5P 复合物会部分转位至细胞质中进行蛋白酶体依赖性降解，而与其结合的 CTD 磷酸酶 —— 分别依托 INTAC 复合物和 PNUTS 亚基行使功能的 PP2A 与 PP1【3】则被顺路大量带出细胞核，在细胞质中稳定富集，从核内转录调控者变身为胞质磷酸酶。

与此同时， nGDOWN1(10M) 还直接靶向并转录激活 TP53 与 CDKN1A 。由此形成了一套 “ 双保险 ” 式的协同回路：一方面，被激活的 p53-p21 通路抑制 CDK4/6 、 CDK2 等促细胞周期激酶的活性；另一方面，胞质中大量富集的 PP2A/PP1 则增强去磷酸化能力。两股力量共同促使 RB 与 p130 高效去磷酸化并被稳定激活，进而组装成有功能的 RB-E2F 和 DREAM 抑制复合体，沉默促增殖基因的表达，最终诱导强烈的细胞周期阻滞。

尤为重要的是，鉴于约半数人类肿瘤携带 p53 功能缺失 型 突变 并导致 对传统 p53 靶向治疗不敏感，作者进一步在 p53 缺陷的 HT29 、 MDA-MB-231 和 SW480 细胞系、裸鼠皮下移植瘤模型，以及两例携带 TP53 P72R 突变的结直肠癌患者来源类器官中系统验证了 nGDOWN1(10M) 的抗癌效力。结果显示，无论 p53 功能是否存在，表达 nGDOWN1(10M) 均能显著抑制肿瘤生长，且小鼠体重无明显变化，未见严重系统性毒性；在类器官中，这一增殖抑制作用同样特异且可逆 ： 撤去诱导并降解 nGDOWN1(10M) 后，类器官可部分恢复生长。

图为文章中揭示的核定位 GDOWN 1 同时抑制细胞转录及周期的分子机制模式图。

综上，该研究揭示了一条由核靶向 GDOWN1 触发的全新级联调控通路：核靶向 GDOWN1 重塑 Pol II 磷酸化景观并诱导全局转录抑制，被提前终止的 Pol II 复合物连同其磷酸酶 PP2A/PP1 一起出核，与同步激活的 p53-p21 通路协同激活 RB 家族这一细胞周期的总开关，最终实现细胞周期阻滞。与 α-amanitin 、 CDK9 抑制剂等会引发灾难性转录崩溃和急性细胞死亡的广谱转录抑制剂不同， nGDOWN1(10M ) 兼具高效、低毒、可控的特点，且不诱发 DNA 损伤、凋亡或衰老，有望规避广谱 CDK 抑制剂 “ 双刃剑 ” 式的毒副作用。该工作不仅拓展了 Pol II 相关因子的功能版图，也为针对 p53 突变型乃至部分 CDK4/6 抑制剂耐药肿瘤开发基于核定位 GDOWN1 的核酸或蛋白类药物（如 LNP 递送 mRNA 、肿瘤特异性启动子驱动的重组腺病毒等）提供了坚实的机制依据。

兰州大学生命科学学院 萃英 博士 后 朱占武、甘肃省人民医院 助理研究员 胡 进静 、兰州大学 生命科学学院硕士研究生 朱文 远 为论文共同第一作者，兰州大学 生命科学学院 程博教授与甘肃省人民医院李永红主任 检验师 为共同通讯作者。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈飞研究员为本研究提供了关键的 INTAC 复合体组分 degron 细胞系等支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41418-026-01854-y

制版人：十一

参考文献

[1] Vervoort SJ, Welsh SA, Devlin JR, Barbieri E, Knight DA, et al. The PP2A-Integrator-CDK9 axis fine-tunes transcription and can be targeted therapeutically in cancer.Cell184, 3143–3162.e32 (2021).

[2] Zhu Z, Liu J, Feng H, Zhang Y, Huang R, Pan Q, et al. Overcoming the cytoplasmic retention of GDOWN1 modulates global transcription and facilitates stress adaptation.eLife11, e79116 (2022).

[3] Zheng H, Qi Y, Hu S, Cao X, Xu C, Yin Z, et al. Identification of Integrator-PP2A complex (INTAC), an RNA polymerase II phosphatase.Science370, eabb5872 (2020).

学术合作组织

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘