国自然热点转录调控研究之 “靶向UHRF1-SAP30-MXD4可消除髓性白血病中的白血病起始细胞”

在骨髓性白血病中，靶向UHRF1-SAP30-MXD4可消除白血病起始细胞

影响因子：46.2

期刊：Cell Research

急性髓系白血病（AML）是一种异常造血干细胞/祖细胞的克隆性恶性肿瘤，其特征是骨髓中未成熟髓系细胞的增加。AML是成人中最常见的急性白血病，发病率为每10万人中有2.7人，AML患者的5年总生存率仍为25%-40%。对于不适合强化化疗的老年患者和复发或难治性AML患者，预后更差。

不同AML亚型根据白血病母细胞中正常分化受阻的阶段分类（M0-M7），频繁发生的染色体易位也是AML改进分类的基础。

在这些易位中，产生白血病融合基因AML1-ETO的（属于M2亚型）是AML中最常见的易位。具有易位导致MLL基因重排的AML，如MLL-AF9（属于M5亚型），具有高侵袭性和化疗耐药性。

白血病起始细胞的一个重要特征是自我更新的不断增强，目前的化疗是许多存在染色体易位的AML患者的主要治疗方法，一些针对AML的靶向治疗药物，如FLT3抑制剂米多妥林和吉立替尼，专门靶向FLT3激酶，以及异柠檬酸脱氢酶IDH1/IDH2抑制剂I伏西迪尼和依那西迪尼分别靶向IDH1R132H和2-羟基戊二酸，已在临床测试。

在白血病发生中发挥重要作用的表观遗传调控因子经常被异常表达。MLL-AF9融合蛋白已被证明通过异常影响表观遗传调控因子（如Dot1L）和转录调控因子（如Meis1、HoxA9、Runx1和Id1）来诱导白血病发生。AML1- ETO融合转录因子也具有异常的转录激活和抑制特性，主要是在一个含有AML1-ETO的复合物（AETFC）中发挥作用。

UHRF1是一种表观遗传调控因子，它通过SRA结构域直接与DNMT1相互作用，是维持DNA甲基化所必需的。研究表明，UHRF1可控制成体神经干细胞的自我更新，对于维持表皮祖细胞的增殖和抑制表皮的过早分化至关重要。还可以通过调节细胞分裂模式来控制造血干细胞（HSCs）的自我更新和分化。另一方面，UHRF1也可以调节癌症的发展。UHRF1的过表达会导致p53介导的衰老和DNA低甲基化，并驱动肝细胞癌。UHRF1的半甲基化DNA和组蛋白结合功能支持结肠癌致癌特性和DNA甲基化的维持。UHRF1的启动子已被证明在白血病患者中被低甲基化，UHRF1在体外调节急性淋巴细胞白血病细胞系的活力。

前期研究显示，与正常受试者相比，UHRF1在AML患者中高表达。

UHRF1的缺失通过SAP30介导的MXD4激活靶向白血病起始细胞的自我更新，显著延长AML小鼠的生存时间。UHRF1特异性化学抑制剂对低毒性的AML患者来源的异种移植物（PDX）模型有效。

研究UHRF1在AML发展和维持过程中的作用机制，筛选得到针对UHRF1的特异小分子抑制剂，为AML临床治疗提供理论基础。

一、UHRF1在AML中的作用，发现靶基因MXD4

•利用UHRF1条件性敲除小鼠模型表明，UHRF1缺失显著延缓小鼠AML的发生、维持和发展，并显著抑制AML起始细胞的自我更新。 

•通过在不同类型AML细胞RNA-seq数据分析发现，敲低UHRF1能显著富集MYC、E2F和G2/M等信号通路。 

• 结合CUT&Tag和DNA甲基化分析发现，UHRF1通过调控靶基因MXD4的DNA甲基化从而影响其转录水平。 

•同时敲低UHRF1和MXD4发现，MXD4能显著恢复UHRF1敲低所引起的小鼠白血病起始细胞降低和小鼠AML生存期延长。

二、UHRF1调控靶基因MXD4的表达

•通过质谱分析等实验发现，UHRF1-SRA结构域与SAP30存在直接相互作用。 

•研究人员通过UHRF1截短体进行免疫沉淀实验表明，位于SRA结构域上的G572和F573位点能够与SAP30相互作用。 

•当在UHRF1敲低的AML细胞中对这些位点进行突变后，会导致靶基因MXD4的DNA甲基化水平降低及其表达升高，同时显著延缓小鼠AML生存期。 

•在AML细胞中SAP30通过与UHRF1相互作用共同调节靶基因MXD4的结合，从而影响其表达与AML细胞的增殖。

三、UHRF1在AML中的靶向治疗效果

•利用分子模拟结合深度学习的方法从约21万个化合物库中筛选获得了可特异性抑制UHRF1-SRA结构域与半甲基化DNA结合的小分子抑制剂UF146。 

•发现UF146能显著抑制小鼠AML起始细胞和AML患者原代细胞增殖及自我更新能力。 

•UF146能通过抑制靶基因MXD4的DNA甲基化从而促进其表达水平。 

•CDX实验表明，经过UF146处理过的小鼠AML生存期显著延缓。 

•PDX实验表明，UF146对AML患者来源的异种移植模型中具有显著治疗效果。

一、UHRF1在AML中的作用，发现靶基因MXD4

1、UHRF1在AML患者细胞中显著性高表达，UHRF1的高表达与AML患者预后差具有显著相关性

a. 与健康对照组相比，AML患者样本中的UHRF1 mRNA和蛋白质水平更高。

f. 结果显示，与低UHRF1表达的患者相比，UHRF1表达高的患者无事件生存期明显较差。

g. 复发的t（8;21）AML患者的UHRF1表达水平显著高于未复发患者。因此，这些结果表明UHRF1作为AML患者预后的预测因子的潜在作用。

这些结果表明UHRF1在AML中高度表达，UHRF1可能表明AML患者的潜在预后。

2、UHRF1条件性敲除小鼠模型，UHRF1缺失显著延缓小鼠AML的发生

这些结果表明Uhrf1是AML维持和发展所必需的。

3、UHRF1缺失显著抑制AML起始细胞的自我更新

a-i. 结果表明，Uhrf1缺乏会损害LICs的自我更新。

Uhrf1的缺失会损害LIC的自我更新并降低LIC的频率。

h-k. 这些结果强烈表明UHRF1对于AML细胞的增殖和存活至关重要。

敲低UHRF1显著抑制AML细胞的增殖、促进细胞凋亡并导致细胞周期阻滞。

4、在不同类型AML细胞RNA-seq数据分析发现，敲低UHRF1能显著富集MYC、E2F和G2/M等信号通路

结合CUT&Tag和DNA甲基化分析发现，UHRF1通过调控靶基因MXD4的DNA甲基化从而影响其转录水平。

这些结果表明，UHRF1缺乏导致MYC信号通路相关基因的转录减少和AML细胞中MXD4的表达增加。

UHRF1敲低的AML细胞中，MXD4的DNA甲基化水平降低从而促进MXD4的表达，MXD4的高表达能显著抑制MYC下游信号通路。

同时敲低UHRF1和MXD4后，MXD4能显著恢复UHRF1敲低所引起的小鼠白血病起始细胞降低和小鼠AML生存期延长。

二、UHRF1调控靶基因MXD4的表达

通过质谱分析等实验发现UHRF1-SRA结构域（G572和F573位点）能够与SAP30相互作用。

UHRF1敲低的AML细胞中对这些位点进行突变后，会导致靶基因MXD4的DNA甲基化水平降低及其表达升高，同时显著延缓小鼠AML生存期。

三、UHRF1在AML中的靶向治疗效果

利用分子模拟结合深度学习的方法从约21万个化合物库中筛选获得了可特异性抑制UHRF1-SRA结构域与半甲基化DNA结合的小分子抑制剂UF146。

UF146能显著抑制小鼠AML起始细胞和AML患者原代细胞增殖及自我更新能力。

经过UF146处理过的小鼠AML生存期显著延缓。

PDX实验表明UF146对AML患者来源的异种移植模型中具有显著治疗效果。

UF146靶向抑制由UHRF1/SAP30介导的MXD4启动子甲基化，促进MXD4激活后，通过下调MYC相关靶基因，延缓AML的发生发展。

创新点：

1.揭示UHRF1通过AML起始细胞调控AML的发生和发展。 

2.表明UHRF1的小分子抑制剂UF146，为临床治疗AML提供新方案。

可延伸点：

1.本文有表明UF146对AML和造血干细胞的LIC的影响是不同的，但只阐述了UF146在AML治疗中的作用，可深入研究UF146对于造血干细胞的影响。 

2.有报道4-BPC也是UHRF1的抑制剂，而本研究的UF146对于AML细胞抑制的化学浓度要比4-BPC低，可深入研究两个抑制剂对于AML的区别作用。