中国

DNMT3A突变相关的白血病发病机制及治疗靶点研究

文章源引自上海交通大学医学院附属瑞金医院、上海血液学研究所,文字部分略有改动。

 

来自上海交通大学医学院附属瑞金医院、上海血液学研究所的研究人员证实,在小鼠造血系统中条件性敲入DNA甲基转移酶3ADnmt3aR878H突变基因,可诱发急性髓系白血病Acute myeloid leukemiaAML),mTOR通路异常活化可能是潜在的治疗靶点。《美国科学院院刊》(PNAS)杂志51日上线发表了这一研究成果。陈竺(Zhu Chen)院士、陈赛娟(Sai-Juan Chen)院士以及王月英(Yue-Ying Wang)研究员是这篇论文的共同通讯作者。

早在2011年,该课题组就发现DNMT3A在急性单核细胞白血病患者中存在高频突变,并与预后不良相关,为AML的诊断和预后评价提供了一个新的分子标志物。文章在《自然遗传学》(Nature Genetics)发表。随后,利用逆转录病毒转导和骨髓移植技术建立了DNMT3A R882H热点突变的小鼠模型,揭示该突变可影响白血病相关基因的DNA甲基化水平,从而使这些基因表达水平增加,包括Hox家族、Idh1HlfFlt3Mpl等,最终导致慢性粒单核细胞白血病的发生。这一工作又于2014年《PNAS》杂志发表。

近年来该课题组利用胚胎显微注射技术建立了Dnmt3a R878H(与人类DNMT3A R882H相对应)条件性敲入小鼠模型,进一步研究了在内源性启动子/增强子的调控下,DNMT3A突变如何导致白血病的发生。结果发现,Dnmt3a突变这一遗传学改变即可引起小鼠造血干/祖细胞异常增殖并诱发AML,而白血病起源细胞主要是LSKLin-Sca1+cKit+)的造血干/祖细胞群体。通过白血病细胞的转录组和DNA甲基化谱的研究,以及白血病干/祖细胞的单细胞RNA测序分析,揭示了Dnmt3a R878H突变可引起基因表达和表观遗传调控模式的显著变化,导致造血细胞分化阻滞和增殖过度。研究还发现,Dnmt3a突变可通过DNA低甲基化修饰而使mTOR活化增加,进而上调细胞周期关键蛋白CDK1的表达,促进造血细胞增殖。过表达的CDK1则可磷酸化组蛋白甲基化修饰酶EZH2,引起异常的组蛋白H3K27三甲基化谱。根据这些结果,研究人员使用了mTOR的特异性抑制剂雷帕霉素,发现该抑制剂可显著抑制白血病细胞增殖。此外还显著减轻小鼠的白血病症状并延长生存期,提示异常活化的mTOR可作为潜在的药物作用靶点。因此联合应用mTOR抑制剂,有望显著改善DNMT3A突变相关AML患者的治疗效果。

 

技术评论

近些年来,单细胞分析技术已成为科学研究领域强有力的工具。技术的革新使我们得以追踪、捕获单个细胞,从而在单细胞层面开展基因组、转录组以及蛋白质水平的研究。为了深入解读白血病起源细胞的生物学特征,文中利用单细胞RNA测序技术对比Dnmt3aR878H/WT突变小鼠和Dnmt3aWT/WT对照小鼠的LSK造血干/祖细胞的基因表达谱。利用Fluidigm C1单细胞自动制备系统制备小鼠LSK造血干/祖细胞的单细胞cDNA文库,然后利用Illumina MiSeq平台完成测序。比较分析测序结果发现Dnmt3aR878H/WT突变小鼠中细胞周期调控与转变相关基因的表达水平比Dnmt3aWT/WT对照小鼠具有更高的异质性。此外,研究还发现Meis1, Hlf, Mpl, Hoxa7, Hoxa10Gata3等与白血病形成相关的基因,在Dnmt3aR878H/WT突变小鼠的LSK造血干/祖细胞中出现上调;以及与细胞周期、CMLchronic myeloidleukemia)、mTORAML信号通路相关的基因簇的过表达。同时,对单细胞转录本数据的PCA分析结果表明Dnmt3aR878H/WT 突变小鼠的LSK造血干/祖细胞和Dnmt3aWT/WT对照鼠的LSK造血干/祖细胞是不同的群体,进一步说明患病小鼠大部分的LSK细胞具有独特的转录本特征。这些发现有助于阐明白血病起源细胞在疾病发生过程中的进化潜能,并且极大地扩展了我们对急性髓系白血病发病机制的认知。 

 

【原文链接:http://www.sih.org.cn/news.asp?id=1515

 

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