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立题依据
传统化疗无法杀灭白血病干细胞是当前AML治疗中的主要困难,因此当前的主要挑战是深入了解AML白血病干细胞和正常造血干细胞的重要的生物学差别,为了解AML的发病机制以及寻找特异性杀伤白血病干细胞的新的治疗方法奠定基础[1]。从起源上看,AML白血病干细胞是由于正常的造血干/祖细胞上发生和积累突变而形成的,这些突变扰乱了造血干祖细胞正常的自我更新,增殖,分化和生存过程,使得它们获得可不受控制的无限增生能力[2,3]。长期以来,大量研究致力于了解遗传学突变对AML发生的作用,从而阐明一些特定的遗传学突变,比如MLL-ENL, NUP98-NSD1能导致正常造血干细胞向AML白血病干细胞的转化[4,5]。在另一方面,尽管现在已经证实了表观遗传异常在AML的白血病细胞十分普遍[6],但在AML干细胞水平上发生的表观遗传变化及其对白血病发生的作用还所知甚少。
所谓表观遗传是指不依赖于DNA序列变化而实现对基因表达造成可遗传的调控机制,其中研究的最为广泛的是DNA甲基化修饰和组蛋白甲基化/乙酰基化修饰。近来日益增加的研究显示,表观遗传突变对肿瘤发生的重要作用被严重低估,一些表观遗传学突变可能才是肿瘤形成中最早发生的事件[7,8]。新近提出的肿瘤发生模型(图1)认为:在干/祖细胞上发生了表观遗传突变影响了干/祖细胞和分化的子代细胞之间的平衡关系,使得细胞进入“前肿瘤”状态是肿瘤发生的第一步,随后进一步的积累遗传/表观遗传突变最终导致肿瘤的发生和进展[7]。去年发表于Nature genetics的研究报告通过对胚胎干细胞和胚胎瘤细胞进行的比较发现,在肿瘤干细胞的阶段发生的表观遗传学异常可能是导致肿瘤中抑癌基因最终失活的原因,这进一步支持了表观遗传学在肿瘤发生中的重要作用[9]。就AML而言,我们认为在其发生过程中,干/祖细胞阶段发生的表观遗传突变可能发挥了举足轻重的作用:首先,近期的研究揭示表观遗传学的修饰是控制造血干细胞分化和自我更新的重要作用机制之一[10],这就为正常造血干细胞由于表观遗传突变而造成自我更新异常提供了分子平台;同时,研究显示MDS患者的血液细胞中广泛的发生了表观遗传异常[6],MDS和AML有着非常密切的联系,相当一部分患者很容易进展为AML,被认为是AML的前体,这也暗示表观遗传突变可能是AML发生中最早期的事件之一;此外,研究显示 MLL-ENL, NUP98-NSD1[4,5,11]的遗传突变促成的正常造血干细胞向白血病干细胞转化与它们直接引发表观遗传学变化有密切联系,这也从另一个侧面强调了表观遗传突变在AML发生中的中心地位。综上所述,我们有理由相信,在AML的的白血病干细胞水平上就已经发生了决定白血病发生和重要病理特征的表观遗传学突变,因此了解AML白血病干细胞和正常造血干细胞的表观遗传差别对认识白血病的发生机制和发展新的治疗方法都具有显著的意义。
在本研究中,我们将选择AML1-ETO阴性的M2型白血病为模型对AML干细胞的表观遗传特征进行研究,选择AML1-ETO阴性的M2型白血病作为模型主要基于以下考虑:
1)根据我们以往的经验,M2型白血病患者来源比较丰富,而且其白血病干细胞含量相对较高,这使得我们比较容易获取足够的实验材料,保证课题的顺利进行;2)AML1-ETO融合基因可以通过引起表观遗传学异常改变一些靶基因表达的变化[12],但它单独无法诱导白血病干细胞的产生[2,3],因此AML1-ETO的存在能会干扰寻找白血病干细胞中普遍发生的重要的表观遗传异常。为了获得高纯度的白血病干细胞,我们将利用CD34+CD38-CD96+的表面标志物进行流式分选[13]。在前期的实验中,我们已经利用此抗体组合对大量的白血病和正常标本进行了分析,结果显示具有CD34+CD38-CD96+
表型的细胞群体仅见于AML患者中,这也为本研究中分选获得高纯度的AML白血病干细胞奠定了基础。
在获得高纯度的AML白血病干细胞基础上,首先利用MeDIP结合启动子芯片[14]分析AML干细胞和正常造血干细胞在全基因组水平启动子甲基化水平的差异情况,寻找AML干细胞中最为常见由于启动子区域异常甲基化而发生表达沉默的基因;然后还将利用CHIP研究部分基因启动子区域组蛋白修饰状态在AML干细胞和正常干细胞异同[15],分析其与对应基因启动子在AML细胞中发生甲基化修饰的相关性;此外,本研究还将阐明DNMT抑制剂在体外对对AML干细胞生物学功能的影响。以期阐述以下问题:1)表观遗传学的异常是否早在白血病干细胞阶段即就已经发生;2)了解在白血病干细胞阶段发生的表观遗传改变和白血病细胞中对应基因表达变化的相关性;3)利用DNMTs抑制剂是否能逆转白血病干细胞中的表观遗传学异常并诱导其凋亡/分化。因此,本项目将从肿瘤干细胞和肿瘤表观遗传学角度揭示AML白血病干细胞和正常造血干细胞的重要的生物学差别,对寻找白血病治疗的新靶标和表观遗传新疗法的应用均有着十分重要的意义。
参考文献
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