自然界總能為人類科學難題提供精妙啟示，哈佛大學與華盛頓大學合作揭示的UM171分子機制，正是這樣一場跨越基礎與臨床的思維革命——這個讓造血干細胞體外擴增效率提升百倍的神秘分子，其作用本質是精準模擬癌癥突變構建的"分子橋梁"。UM171最初通過表型篩選被發現，能夠顯著擴增體外培養的人類造血干細胞，并已進入臨床試驗。早期研究表明，UM171通過促進KBTBD4（CRL3泛素連接酶的底物受體）介導的LSD1-CoREST復合物降解發揮作用，但其直接靶標和分子機制尚不明確。本研究通過蛋白質組學、冷凍電鏡和基因編輯技術，首次揭示了UM171的核心作用機制。

研究人員通過蛋白質組學分析發現，小分子化合物UM171能夠選擇性降解與表觀遺傳調控相關的HDAC1/2復合物核心組分。在UM171敏感的血液腫瘤細胞系中，6小時處理后LSD1、COREST（RCOR1）及RCOR3等蛋白顯著減少，其中具有ELM2-SANT結構域的COREST家族蛋白和MIER1等被鑒定為直接靶標。

時間進程實驗顯示，COREST蛋白在UM171處理后迅速降解，而LSD1的降解則呈現延遲效應。盡管HDAC1/2的蛋白水平下降幅度較小，但泛素化蛋白質組學證實這些組蛋白去乙酰化酶在早期即被泛素標記，說明可能存在補償機制延緩其降解。

通過構建熒光報告系統，研究人員發現ELM2結構域是UM171誘導降解的必要條件——刪除該結構域的COREST突變體完全抵抗降解，而保留ELM2的截短體仍能響應UM171的作用。進一步機制研究發現，ELM2-SANT結構域介導的HDAC1/2結合對降解過程至關重要。將COREST、MIER1和RCOR2中參與HDAC相互作用的色氨酸殘基突變為丙氨酸后，UM171誘導的降解效率顯著降低。這些發現揭示了UM171通過KBTBD4泛素連接酶靶向ELM2結構域，特異性降解HDAC1/2復合物核心組分的分子機制。

研究人員通過基因編輯與生化實驗揭示了UM171通過HDAC1/2介導LHC-KBTBD4復合物形成的關鍵機制。在K562細胞模型中，CRISPR敲除HDAC1或HDAC2可部分阻斷UM171誘導的CoREST降解，而同時敲除兩者則完全抑制該過程，證實二者功能冗余。有趣的是，HDAC活性位點抑制劑（如SAHA）能夠阻斷UM171介導的CoREST降解及KBTBD4與LHC的相互作用，但UM171本身不直接影響HDAC酶活性，提示其作用依賴于HDAC的結構完整性而非催化功能。

進一步利用熒光偏振（Fluorescence polarization, FP）和時間分辨熒光共振能量轉移（F?rster resonance energy transfer, TR-FRET）技術，研究者發現UM171僅在HDAC1/2、CoREST和KBTBD4共存時才能誘導三元復合物形成，且該過程需要輔因子肌醇六磷酸（InsP6）的參與。體外泛素化實驗進一步證實，CRL3-KBTBD4復合體在UM171存在下能特異性催化CoREST和HDAC1的泛素化，但對LSD1無影響，揭示了靶向降解的精確性。

研究團隊使用冷凍電鏡結構解析揭示了KBTBD4-UM171-LHC復合物構象（分辨率3.77?）。結果表明，KBTBD4通過BTB結構域形成同源二聚體，兩個單體（KBTBD4-A/B）以"雙齒"模式結合HDAC1-CoREST復合物：KBTBD4-A錨定HDAC1催化結構域邊緣，而KBTBD4-B則包裹其活性位點口袋。UM171精準嵌合在HDAC1與KBTBD4-B的界面間隙，發揮分子膠功能；輔因子InsP6則穩定HDAC1、CoREST和KBTBD4-B的三元交界區，充當第二分子膠。

結構分析顯示，KBTBD4的N端ENYF基序通過β1鏈與另一單體的KELCH重復結構域耦聯，對復合物功能至關重要——缺失該區域或突變ENYF基序會完全阻斷UM171誘導的CoREST降解。KELCH重復結構域呈現六葉螺旋槳構象，其第四葉的延伸b-c環參與HDAC1識別。與游離狀態相比，結合LHC后KBTBD4二聚體的V形平臺發生顯著構象變化：兩個KELCH結構域間距從30?縮短至9?，BTB結構域的N端α1螺旋向內傾斜，形成更閉合的構象。

借助冷凍電鏡結構，可以清晰得出UM171、InsP6雙分子膠的結合模式：UM171連接了KBTBD4-B與HDAC1的界面：其N-甲基四唑基團插入HDAC1活性口袋，接觸Phe150/Phe205，而三環吡啶并吲哚核心嵌入KBTBD4-B的2b-2c環表面溝槽，與Pro311、Leu335等形成疏水堆積。值得注意的是，UM171雖占據HDAC1活性位點，但不同于傳統抑制劑SAHA，它不接觸催化鋅離子，解釋了其依賴KBTBD4結合的特性。InsP6作為第二分子膠，通過六個磷酸基團同時連接HDAC1（Lys31、Arg270）、CoREST（Lys212、Tyr233）和KBTBD4-B（His291、Arg313），其中His291/Arg313突變可完全阻斷降解。TR-FRET實驗顯示，UM171與InsP6必須同時存在才能誘導KBTBD4-LHC復合物形成，二者協同構建了跨越2300?2的四元結合界面。

該聯合團隊發表在Nature的另一項研究發現，UM171作為分子膠與KBTBD4的致癌突變體（如PR/TTYML突變）在作用機制上呈現驚人趨同。冷凍電鏡結構對比顯示，UM171的三個功能基團精準模擬了突變體中關鍵氨基酸殘基的空間占位：環己胺基團對應PR突變的Pro311，與HDAC1的Asp99/Glu98形成接觸；四唑基團模擬突變體Arg312/Tyr312，插入HDAC1活性位點隧道；芐基則占據擴展的2b-2c環位置（類似PR突變的Pro313），誘導KBTBD4表面溝槽構象變化。這種"化學擬態"機制使UM171與突變體均能優化E3連接酶與HDAC1的結合界面。實驗還發現，UM171與天然KBTBD4-P突變體存在協同效應，但與獲得性PR突變體則無，暗示分子膠可動態調節蛋白互作的可塑性。這種小分子與基因突變在結構、功能上的雙向模擬，為開發"合成致死"型靶向療法提供了新思路。

這項研究不僅解開了UM171作用機制之謎，更揭示了生物系統演化中"趨同優化"的深層規律。這種"人工"與"天然"的對話啟示我們：未來藥物開發或可建立"突變數據庫-分子設計"雙向映射系統，通過解析腫瘤進化中自然篩選的蛋白互作模式，逆向工程開發更精準的靶向藥物。

參考文獻

1. Yeo, Megan JR, et al. "UM171 glues asymmetric CRL3–HDAC1/2 assembly to degrade CoREST corepressors." Nature (2025): 1-9.

2. Xie, Xiaowen, et al. "Converging mechanism of UM171 and KBTBD4 neomorphic cancer mutations." Nature (2025): 1-9.

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