2020年5月12日,武汉大学张好建教授研究团队(博士研究生王嘉祯、李一村、王培培、韩国强为该论文共同第一作者)在Cell Stem Cell杂志上发表题目为Leukemogenic Chromatin Alterations Promote AML Leukemia Stem Cells via a KDM4C-ALKBH5-AXL Signaling Axis的研究论文,研究揭示ALKBH5特异性促进AML的发生发展,同时揭示了ALKBH5能够特异性调控AML白血病干细胞功能。


武汉大学揭示ALKBH5特异性功能,可调控白血病干细胞功能


肿瘤细胞展现出独特的表观遗传图谱,往往利用染色质机器去异常地调控基因表达。基于此,在本研究中,研究人员分析比较了正常造血干祖细胞和AML病人来源的白血病干细胞前体细胞、白血病干细胞以及白血病母细胞的染色质开放程度差异,发现了一系列的显著变化。有意思的是,ALKBH5编码区域的染色质开放程度在白血病干细胞中显著增加。进一步研究发现ALKBH5在白血病干细胞中高表达,并且其表达水平与病人预后不良呈正相关。


RNA表观修饰是当前十分火热的研究领域之一,而ALKBH5 作为m6A去甲基化酶,在AML中的作用却是未知。研究人员构建了条件性敲除小鼠,利用经典的MLL-AF9融合基因诱导的AML小鼠模型和AML病人样品构建的PDX模型,对ALKBH5在AML中的功能进行了研究。发现ALKBH5缺失显著抑制AML发生发展,促进分化并诱导细胞凋亡;移植实验证实ALKBH5维持白血病干细胞的功能。有趣的是,研究人员发现ALKBH5不影响正常造血和正常造血干细胞的功能。


该研究进一步发现组蛋白去甲基化酶KDM4C富集在ALKBH5编码区域,去除组蛋白H3K9me3甲基化,从而增加该区域染色质的开放程度,促进转录因子MYB和转录起始因子Pol II的募集,上调ALKBH5表达;发现ALKBH5调控受体酪氨酸激酶AXL m6A修饰,影响其mRNA稳定性;证实m6A识别蛋白YTHDF2介导ALKBH5对AXL的调控作用。


综上所述,本研究将染色质状态变化与ALKBH5表达调控联系起来,同时揭示了ALKBH5能够特异性调控AML 白血病干细胞功能而不影响正常造血干细胞,为特异性靶向白血病干细胞提供了理论基础,具有重要的临床应用意义。


武汉大学揭示ALKBH5特异性功能,可调控白血病干细胞功能


美国希望之城国家医疗中心(City of Hope National Medical Center)贝克曼研究所 (Beckman Research Institute) 的陈建军教授研究团队以及其他研究团队陆续报道过m6A修饰相关基因例如METTL3和METTL14 (writer),FTO (eraser) 以及YTHDF2 (reader)在AML中都起到促癌 (tumor-promoting) 的作用(芝大陈建军、何川组Cancer Cell报道肥胖基因FTO过表达导致白血病)。


此外,2017年的一篇研究提示ALKBH5可能在AML中发挥着抑癌基因的作用。这意味着目前已知的两个m6A去甲基化酶(FTO 和ALKBH5)可能在AML 中发挥着相反的作用。这种现象在DNA去甲基化酶TET1和TET2的研究中的确报道过。所以研究清楚ALKBH5在AML发生、发展、白血病干细胞和正常造血分化中的功能机制,对理解m6A去甲基化酶在AML中的作用以及开发白血病干细胞特异性的靶向疗法非常有意义。


武汉大学揭示ALKBH5特异性功能,可调控白血病干细胞功能


在同期Cell Stem Cell上,陈建军教授研究团队联合佛罗里达大学钱志坚教授团队以及芝加哥大学何川教授团队发表了题为RNA demethylase ALKBH5 selectively promotes tumorigenesis and cancer stem cell self-renewal in acute myeloid leukemia的论文,报道了ALKBH5可以特异性的促进AML的发生发展以及白血病干细胞的自我更新, 而对正常造血及血液干细胞的自我更新影响很小。


该研究通过分析AML病例的基因表达、预后以及基因组水平改变的数据库,发现ALKBH5在多个不同亚型的AML患者中显著性高表达,ALKBH5的高表达同时和AML患者的预后差 (poor prognosis) 显著相关,而许多其他m6A修饰相关基因的表达水平和预后并无显著相关。不同于之前关于ALKBH5基因在AML患者基因组中有较高缺失比例的报道,他们发现ALKBH5在AML中的缺失比例很低。


在大量敲低或者敲除ALKBH5表达的实验中,研究者发现AML细胞的生长,克隆形成能力受到了严重的抑制,凋亡水平显著升高。异种移植动物模型以及Alkbh5 敲除鼠的骨髓移植实验进一步证实了ALKBH5对AML发生发展及维持起着关键作用。Alkbh5 的敲除几乎完全抑制了MLL-AF9 (一个致癌能力极强的染色体易位融合基因) 诱导的AML的发生发展及维持。


那么ALKBH5是否影响白血病干细胞的特性呢?


研究者发现敲低或者敲除ALKBH5的表达显著降低了白血病干细胞的比例,同时诱发了白血病干细胞的凋亡,提示ALKBH5对白血病干细胞的自我更新有着重要作用(Alkbh5 的敲除能降低白血病干细胞的频率(frequency)达40余倍),从而影响了AML的发生发展。


靶向ALKBH5会不会影响正常造血分化呢?


通过检测外周血和骨髓中血液细胞,研究者发现Alkbh5敲除对静态造血生成(static hematopoiesis)没有显著影响。进一步的竞争性造血重建实验(Competitive Repopulation Assay)显示,在压力条件下(stress hematopoiesis)Alkbh5敲除也不会抑制正常造血干细胞重建造血的能力,相反有微弱的促进效果。这一结果可以用研究者观察到的ALKBH5在正常造血细胞以及白血病细胞中相反的表达特征来解释,即在正常造血分化过程中,ALKBH5在造血干祖细胞中相对低表达,对造血干祖细胞的正常功能可能不发挥关键作用,但是在AML发病过程中,ALKBH5被挟持在白血病干祖细胞中相对高表达,对白血病干细胞维持自我更新扮演着重要角色。


通过在Alkbh5基因敲除鼠中并行开展的AML发病研究,白血病干细胞研究和正常造血分化研究,以及在人原代AML样品中的进一步验证,研究者清晰的展示了ALKBH5对AML的发病、白血病干细胞的自我更新有着重要作用,但是对正常造血分化没有明显影响,这些研究为后续开展针对ALKBH5靶点的白血病干细胞特异性疗法打下了坚实的基础。


武汉大学揭示ALKBH5特异性功能,可调控白血病干细胞功能


为了揭示ALKBH5在AML中的调控机制,研究者通过RNA-seq, m6A-seq以及RIP-seq在全转录组水平鉴定出ALKBH5直接调控的靶基因,并证明其中TACC3是ALKBH5非常重要的靶基因。为了进一步理解ALKBH5如何通过调控m6A影响靶基因的表达的,研究者选择m6A最常见的两个作用机制mRNA稳定性和mRNA翻译效率进行了研究。他们发现ALKBH5主要影响了TACC3的mRNA稳定性,对其mRNA的翻译影响不明显。


陈建军教授团队之前报道过第一个m6A去甲基化酶FTO在AML中同样发挥着原癌基因的作用。这自然让人联想到这两个m6A去甲基化酶是否在AML中存在着类似的调控机制呢。通过对比分析两个基因的高通量测序数据,研究者发现虽然FTO和ALKBH5调控的信号通路有一定的重叠,但是它们对靶基因表达的调控模式不同,重合的靶基因比例较低,提示这两个基因在AML中的调控机制可能不同。


事实上,之前发表的关于m6A相关蛋白的一些研究中,研究者已经发现m6A修饰相关蛋白对靶基因mRNA上的m6A识别有位置特异性。研究者推测m6A相关蛋白识别不同位置的m6A的修饰可能决定了mRNA不同的命运。进一步研究FTO和ALKBH5对靶基因mRNA上m6A识别的序列及其二、三级结构的特异性也许可以阐释两者在AML中不同的调控机制。


总之,该研究通过在AML发生发展,白血病干细胞自我更新以及正常造血分化中的全面研究,清晰阐明了m6A去甲基化修饰酶ALKBH5在其中的角色以及调控机制,并为白血病干细胞特异性疗法的研究提供了全新的策略和非常有潜力的的靶点。


研究背景


RNA表观遗传研究是表观遗传学研究的一个重要前沿方向,其中m6A作为真核生物mRNA内部丰度最高的RNA修饰更是引领了RNA表观遗传研究的热潮。近年来的大量研究不仅揭示了m6A的调控机制,即它是由m6A甲基转移酶(Writer)和m6A去甲基化酶(Eraser)调控生成,被m6A结合蛋白(Reader)识别并介导了对mRNA稳定性,翻译效率,选择性剪接以及二级结构等的调控,从而影响基因的表达,而且还证明了其广泛地参与了组织发育、生物节律调控和天然免疫调控等正常生理过程以及肿瘤发生,转移和复发以及耐药等病理过程。


急性髓系白血病 (Acute Myeloid Leukemia, AML) 是由造血干/祖细胞克隆性增殖而引起的恶性血液肿瘤,主要表现为分化障碍、恶性增殖和凋亡阻滞等。急性髓性白血病(AML)至今仍然是最致命的血液肿瘤并且因为容易复发和耐药给临床治疗带来了极大的困扰。白血病干细胞(LSCs/LICs)被公认是导致AML患者预后差,复发以及耐药的重要原因之一。但是由于白血病干细胞和正常造血干细胞有着非常相似的细胞表面标志物以及生物特性,特异性的靶向白血病干细胞而不损伤正常造血干细胞具有很大挑战但是又非常有前景。


文章来源: BioArt

免责声明

我来说几句

不吐不快,我来说两句
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~