闡明白血病起源細(xì)胞在疾病發(fā)生過(guò)程中的進(jìn)化潛能

利用胚胎顯微注射技術(shù)建立了Dnmt3a R878H（與人類(lèi)DNMT3A R882H相對(duì)應(yīng)）條件性敲入小鼠模型，進(jìn)一步研究了在內(nèi)源性啟動(dòng)子/增強(qiáng)子的調(diào)控下，DNMT3A突變?nèi)绾螌?dǎo)致白血病的發(fā)生。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Dnmt3a突變這一遺傳學(xué)改變即可引起小鼠造血干/祖細(xì)胞系異常增殖并誘發(fā)AML，而白血病起源細(xì)胞主要是LSK（Lin-Sca1+cKit+）的造血干/祖細(xì)胞群體。通過(guò)白血病細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組和DNA甲基化譜的研究，以及白血病干/祖細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測(cè)序分析，揭示了Dnmt3a R878H突變可引起基因表達(dá)和表觀遺傳調(diào)控模式的顯著變化，導(dǎo)致造血細(xì)胞分化阻滯和增殖過(guò)度。研究還發(fā)現(xiàn)，Dnmt3a突變可通過(guò)DNA低甲基化修飾而使mTOR活化增加，進(jìn)而上調(diào)細(xì)胞周期關(guān)鍵蛋白CDK1的表達(dá)，促進(jìn)造血細(xì)胞增殖。過(guò)表達(dá)的CDK1則可磷酸化組蛋白甲基化修飾酶EZH2，引起異常的組蛋白H3K27*基化譜。根據(jù)這些結(jié)果，研究人員使用了mTOR的特異性抑制劑“雷帕霉素”，發(fā)現(xiàn)該抑制劑可顯著抑制白血病細(xì)胞增殖。此外還顯著減輕小鼠的白血病癥狀并延長(zhǎng)生存期，提示異常活化的mTOR可作為潛在的藥物作用靶點(diǎn)。因此聯(lián)合應(yīng)用mTOR抑制劑，有望顯著改善DNMT3A突變相關(guān)AML患者的治療效果。

近些年來(lái)，單細(xì)胞系分析技術(shù)已成為科學(xué)研究領(lǐng)域強(qiáng)有力的工具。技術(shù)的革新使我們得以追蹤、捕獲單個(gè)細(xì)胞，從而在單細(xì)胞層面開(kāi)展基因組、轉(zhuǎn)錄組以及蛋白質(zhì)水平的研究。為了深入解讀白血病起源細(xì)胞的生物學(xué)特征，文中利用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)比了Dnmt3aR878H/WT突變小鼠和Dnmt3aWT/WT對(duì)照小鼠的LSK造血干/祖細(xì)胞的基因表達(dá)譜。利用Fluidigm C1單細(xì)胞自動(dòng)制備系統(tǒng)制備小鼠LSK造血干/祖細(xì)胞的單細(xì)胞cDNA文庫(kù)，然后利用Illumina MiSeq平臺(tái)完成測(cè)序。比較分析測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)Dnmt3aR878H/WT突變小鼠中細(xì)胞周期調(diào)控與轉(zhuǎn)變相關(guān)基因的表達(dá)水平比Dnmt3aWT/WT對(duì)照小鼠具有更高的異質(zhì)性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)Meis1, Hlf, Mpl, Hoxa7, Hoxa10和Gata3等與白血病形成相關(guān)的基因，在Dnmt3aR878H/WT突變小鼠的LSK造血干/祖細(xì)胞中出現(xiàn)上調(diào)；以及與細(xì)胞周期、mTOR和AML信號(hào)通路相關(guān)的基因簇的過(guò)表達(dá)。同時(shí)，對(duì)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本數(shù)據(jù)的PCA分析結(jié)果表明Dnmt3aR878H/WT突變小鼠的LSK造血干/祖細(xì)胞和Dnmt3aWT/WT對(duì)照鼠的LSK造血干/祖細(xì)胞是不同的群體，進(jìn)一步說(shuō)明患病小鼠大部分的LSK細(xì)胞具有*的轉(zhuǎn)錄本特征。這些發(fā)現(xiàn)有助于闡明白血病起源細(xì)胞系在疾病發(fā)生過(guò)程中的進(jìn)化潛能，并且極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)急性髓系白血病發(fā)病機(jī)制的認(rèn)知。