白血病发生的表观遗传机制及造血干细胞重编程研究

发布时间：2020-08-20 08:04

【摘要】：第一部分急性髓细胞性白血病中表观遗传因子DNMT3A与MLL突变互斥的机制研究急性白血病是造血干细胞发生突变进而恶性克隆演化的一组血液肿瘤。近年来,通过高通量的基因组测序研究发现,在急性髓细胞性白血病(AML)中,与表观遗传调控相关的诸多基因频繁地出现突变,其中突变率较高的包括DNMT3A和MLL。但DNMT3A和MLL几乎不同时在同一病例中出现突变,呈现出二者相互排斥的特点。DNMT3A是细胞中重要的DNA甲基转移酶,而MLL是重要的组蛋白甲基转移酶,主要对组蛋白H3赖氨酸4(H3K4)发挥三甲基化修饰的作用(H3K4me3)。在AML中,DNMT3A的突变主要发生在第882位的精氨酸(Arg882),并以错义突变的点突变为主,而MLL则主要以基因异位产生融合蛋白为主。作为细胞内十分重要的两个表观遗传调控因子,DNMT3A和MLL分别针对DNA和组蛋白发挥调控作用,究竟二者存在何种关联,以及二者在AML的发病过程中为何呈现相互排斥的特点,是不清楚的。在这项工作中,我们发现在AML中,DNMT3A突变体和MLL融合蛋白同时都会引起HOX、MEIS1基因的过表达,这是导致AML的重要原因。而二者之所以会引起HOX、MEIS1基因的过表达,很可能是因为当DNMT3A和MLL为野生型时,它们都能招募另一个具有负性调控作用的表观因子,BMI1,从而使BMI1能够锚定至HOX、MEI沿基因的启动子区,继而发挥其负性调控基因表达的功能,使HOX、MEIS1基因的表达控制在正常水平上;而当DNMT3A发生突变时,或者MLL发生异位时,DNMT3A突变体或MLL融合蛋白招募BMI1到HOX、MEIS1基因启动子区的能力都减弱,这样一来,HOX、MEIS1基因由于受到的负性调节减弱,便出现过度表达。由于DNMT3A突变或MLL发生异位已经使BMI1的招募减弱,二者同时突变时,并不能使BMI1的招募更进一步地减弱,继而不能使HOX、MEIS1基因更过度地表达,从而无法使AML细胞获得更多的生长优势,因此,这很可能是为什么DNMT3A突变和MLL异位几乎不同时出现在AML中的原因。对这一现象的阐释将有助于我们对AML发生的表观遗传调控机理有更进一步的认识,并对具有此类基因突变互斥特点的其他类型白血病的研究提供新的思路。第二部分单因子高效重编程人诱导多能干细胞来源的血液细胞为强效体内移植的造血干祖细胞造血干细胞(HSC)是唯一能够分化为各类血液细胞的成体干细胞,对于包括白血病在内的血液肿瘤以及其他诸多疾病,造血干细胞移植(HSCT)都是目前唯一的治愈疗法,因此HSC在临床上有着巨大的需求。然而,供体HSC来源的短缺却严重地限制了 HSCT的临床应用。随着诱导多能干细胞(iPSC)技术的问世,通过将患者自身的体细胞重编程为iPSC,并进一步将其分化为具有移植能力的HSC,将有望实现自体同基因型HSC的移植,从而解决HSC来源短缺和移植排斥等难题。自从2007年,人的iPSC能够在体外制备以来,利用iPSC分化为可以重建体内造血的人的HSC成为了近10年来的研究热点,但也同样是研究难点。到目前为止,国际上只有少数报道成功地获得了人iPSC来源的具有体内移植能力的造血干祖细胞,但大多缺乏长程移植能力,也不具备较好的淋系分化潜力,或者方法十分复杂,重编程效率极其低下。我们推测在重编程体系中添加既能促进HSC自我更新,又能促进淋系造血的因子,有望纠正iPSC来源的造血干祖细胞(iPSC-HSPC)的髓系分化偏倚,同时实现体内移植。我们的实验表明,通过在iPSC来源的血液细胞中转入单个因子MLL-AF4并只通过瞬时诱导,就能实现iPSC-HSPC的强劲的体内移植,并同时能实现全系分化,即纠正了体内的髓系偏倚。这一方法的建立,开创性地使用了单个因子的诱导,因而极大地简化了 iPSC-HSPC重编程的步骤,并且较其他方法而言,还十分显著地提高了移植的效率。此外,我们还平行比较了受到MLL-AF4相同条件诱导后的iPSC-HSPC和原代HSPC的体内造血情况,结果显示iPSC-HSPC在长程造血阶段会出现恶性的转变,而受到同样诱导的原代HSPC却能持续地保持正常的造血。这种差异,提示iPSC-HSPC的基因组较原代HSPC更不稳定,因此值得我们今后更多的关注。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R733.7

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