dnmt3a突变相关白血病发病的分子机制及治疗靶点研究的新发现

　　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3a（dnmt3a）r878h突变基因，可诱发急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，aml），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5月1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、idh1、hlf、flt3和mpl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lsk（lin-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测序技术对比了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（图1），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（图2）。此外，研究还发现meis1, hlf, mpl, hoxa7, hoxa10和gata3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、cml（chronic myeloidleukemia）、mtor和aml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。