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Enigma
#肿瘤#
弥漫大B细胞淋巴瘤(DLBCL)作为最常见的B细胞非霍奇金淋巴瘤,在临床上极为棘手,约40%患者无法通过获批的免疫化疗方案治愈。采用基因表达谱已确认了两个主要的DLBCL亚群,分别来自不同阶段的生发中心B细胞样DLBCL(GCB-DLBCL)和预后较差的活化B细胞样DLBCL(ABC-DLBCL),而仍有约20%的病例未分类。不同亚型的致癌途径存在差异,目前基于同步发生的遗传改变对DLBCL分类进行了进一步细化。虽然这种分类具有临床相关性,但分类仍未涵盖所有病患。此外,分类仅基于编码区(仅占基因2-3%),而研究发现更多的致病相关的遗传复杂性可能存在于基因组中的非编码调控部分。最近有证据表明,非编码区域包括超级增强子(super-enhancer,SEs),可能受DLBCL突变活动的影响。但对其突变的程度、靶标以及潜在的后果仍缺乏了解。
年7月6日,美国哥伦比亚大学的LauraPasqualucci与RiccardoDalla-Favera课题组合作,在Nature上发表了题为Super-enhancerhypermutationaltersoncogeneexpressioninBcelllymphoma的研究论文。他们在全基因组层面上研究了活跃的增强子和超级增强子是否受DLBCL中功能相关的复发突变的影响。结果表明,活跃的SEs是活化诱导激活的胞嘧啶核苷脱氨酶(AID,生发中心反应中负责免疫球可变区基因的体细胞超突变的酶)介导的绝大多数肿瘤高突变的主要目标。作者确定了与重要的转录调控因子和/或参与GC生物学和恶性转化的原癌基因相关的易复发热点。他们揭示出,与原癌基因相关的特异性复发SE突变导致原癌基因逃脱转录调控,并且这对于维持转化的表型是必要的。
作者对具有代表性的29个DLBCL细胞系采用了染色质免疫沉淀和H3K27Ac的ChIP-seq分析,使用ROSE算法进行了活性E/SEs的全基因组鉴定,共发现个经典增强子和个SE,约97%在原发性DLBCL中。以这个活性SE为基础,作者对H3K27Ac数据进行无监督层次聚类,通过将GCB-DLBCL从ABC-DLBCL中分离出来,部分再现了原始细胞来源分类。这表明E/SEs的活性反映出这些肿瘤的表型异质性。
作者接下来检测了来自这些细胞系的全基因组测序(WGS)数据,研究了活性E/SE基因区的突变状态,发现具有活性SEs特征的区域在体细胞突变中较高程度富集。在每个细胞系中,约2%的活跃SE受到体细胞超突变(SHM)的影响,而只有平均约0.15%的经典增强子在一些细胞系中呈现超突变状态,表明SE是引起这些区域超突变的关键因素。进一步分析发现,与经典增强子或同一样本中的突变背景相比,SE区域呈现出显著更高的突变负荷。SE是SHM的优先发生区,几乎在所有DLBCL中都代表主要的突变靶点,而这种SE的超突变主要是由AID活性引起的。SHM涉及到的SE与GCB-DLBCL和ABC-DLBCL亚型发病机理有潜在联系的基因和相关通路存在关联。
为了确定SESHM是否具有功能性后果,作者重点选取了部分反复发生超突变的SE,这些SE与对DLBCL发病机制明确相关的基因有关。BCL6基因编码GC发育所需的转录抑制因子,并参与DLBCL相关的致癌染色体易位,是SESHM最常见的靶点,在超过5个病例中有4个不同的SEs发生超突变。他们对BCL6基因内的SE(iSE)进行扫描,以精确定位潜在功能变异的反复突变热点,发现+-,尤其是、、位置上的核苷酸在所有分析病例中突变的几率分别达到4.9%、3.4%和10.2%,而在正常的记忆B细胞中三者突变概率极低。
作者为了确定+-的BCL6-iSE热点是否产生功能性后果,选择了三个在该序列存在点突变的细胞系(HLY1,LY18和Karpas-),并使用CRISPR-Cas9技术将突变还原为原始的种系核苷酸。作为对该基因组区域编辑造成的脱靶和/或非特异性影响的对照,作者在DLBCL细胞系DOHH2中引入了GC核苷酸改变,该变化理论上对BCL6位点的扰动不敏感。此外,四种细胞系均使用靶向基因组中性区域的sgRNAs作为修复能力的对照。结果显示,在所有三种BCL6-iSE突变细胞系中,与含编辑中性区域的克隆相比,SE突变得到适当校正的的恢复克隆的比例明显要低,而在BCL6阴性细胞系中这种差异不明显。即使热点突变被精确校正,也仍有一些克隆可以扩增,但增殖能力明显降低,由于校正后的等位基因受到抑制,其mRNA和蛋白表达水平都显著降低。
对于BCL6-iSE热点突变导致BCL6表达失控的机制,作者发现,BCL6-iSE是BLIMP1在体内结合的生理位点,该结合被DLBCL相关的BCL6-iSESHM破坏后导致BCL6表达失调。此外,SE的突变可能使NR3C1无法结合而导致BCL2转录失调。还有一种复发性超突变与CXCR4基因有关,NR3C1是CXCR4的负调控因子,CXCR4-SE突变通过降低其与NR3C1的结合亲和力解除对基因转录的调控。
综上,作者发现,活跃的SE在来自DLBCL个体的绝大多数样本中发生高度特异的超突变,显示AID活性的特征,并与编码B细胞发育调节因子和致癌的基因相关。与BCL6、BCL2和CXCR4原癌基因相关的超突变SE通过转录抑制子(包括靶向BCL6的BLIMP1和类固醇受体NR3C1)阻止相应靶基因的结合和转录下调。对突变进行基因校正恢复了抑制子DNA结合,下调了靶基因表达,并导致了含有校正等位基因的细胞的反选择,这表明SE突变具有致癌依赖性。该机制揭示了一组导致基因表达失调的遗传病变,使人们增加了对已知致癌基因在DLBCL发病机制中的认识,并确定了新的基因治疗靶点。
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