《细胞—干细胞》: 陈建军/苏瑞/沈柏用/田景琰团队发现TET2调控白血病干细胞归巢以及干性维持的新机制

美国希望之城国家医疗中心陈建军教授团队、苏瑞助理教授团队与上海交通大学沈柏用教授和田景琰教授团队合作发现，TET甲基胞嘧啶双加氧酶2（ TET2） 作为信使RNA（mRNA）甲基-5-胞嘧啶（m5C）的去甲基化酶（ “Eraser” ）调节白血病干细胞（LSCs）的归巢及干性维持。

北京时间2023年8月3日晚，《细胞—干细胞》在线发表了这一研究成果。

急性髓系白血病（Acute Myeloid Leukemia，AML）是一种严重的血液系统恶性肿瘤，以髓系来源的异常分化原始细胞克隆性增殖和分化受阻为特征。LSCs通常存在于骨髓微环境（Bone Marrow Microenvironment/Niche）中。这种保护性的微环境，可以促进LSCs的自我更新和增殖，并帮助它们逃避化疗药物的杀伤以及免疫监视，因此LSCs被认为是导致AML耐药和复发的根本原因。

正常情况下，TET2能够通过将DNA上的5-甲基胞嘧啶（5mC）转化为5-羟基/甲酰/羧基胞嘧啶（5hmC，5fC，5caC）从而介导DNA去甲基化，并在转录水平上调控基因表达。然而，TET2突变导致丧失其去甲基化活性，通常被认为是白血病形成的初始步骤。除了氧化DNA 5mC修饰外，最近的研究表明TET2还可以氧化RNA（包括信使RNA，mRNA）上的甲基-5-胞嘧啶（m5C）。然而，关于mRNA m5C修饰在生物学中的作用尚处于初步阶段，目前还不清楚TET2是否通过mRNA m5C去甲基化在白血病发生中发挥作用。

在这项最新研究中，陈建军/苏瑞/沈柏用/田景琰研究团队发现，TET2可通过去除RNA m5C修饰而调控靶mRNA（如TSPAN13）的稳定性，进而影响趋化因子受体4（Chemokine receptor 4，CXCR4）的激活，从而调控LSCs的归巢(Homing) 和干性维持 (Self-renewal)。

研究人员首先通对The Cancer Genome Atlas (TCGA)和Beat AML研究队列的分析，发现不管是TET2突变还是低表达，均与AML患者预后不良相关。由于TET2突变经常与其他类型的突变共存，研究人员构建了一系列TET2敲除与各种突变或染色体异常（如NRAS、FLT3ITD、DNMT3A等突变， AML1- ETO9a、MLL-AF9、PML-RARA等融合基因）的AML模型。结果表明，敲除TET2可以显著加快白血病的进程。为解释这一现象的相关分子机制，研究人员收集了TET2野生型和敲除型的AML细胞，通过RNA转录组学测序（RNA-seq）和生物信息学分析，发现敲除TET2可以显著富集造血干细胞相关的信号通路。此外，研究人员还通过克隆形成实验、限制稀释实验和细胞流式等方法验证了敲除TET2可以维持白血病细胞的干性。另外，在人AML细胞中过表达TET2则可逆转这一现象。

为了模拟体内微环境，研究人员将AML细胞与基质细胞共培养，结果发现敲除TET2基因可以显著增强LSCs的迁移能力和干性。进一步的体内原位荧光骨成像技术和流式细胞技术的实验证实，敲除TET2可以加速LSCs的归巢。

进一步的分子机制研究表明，在敲除TET2基因后，TSPAN13（Tetraspanin 13）的表达显著上调。功能拯救（Rescue）实验证实，敲低TSPAN13可以消除TET2敲除所促进的LSC归巢和干性维持，从而抑制AML的进展。那么，TET2通过何种机制调控TSPAN13表达？究竟是转录水平还是转录后调控？通过核连缀分析(Nuclear run-on assay)，研究人员发现TET2并不影响TSPAN13的转录效率。有意思的是，RNA稳定性实验表明，敲除TET2可以明显延长TSPAN13 mRNA的半衰期，提示TET2在转录后水平调控TSPAN13的稳定性及表达。研究人员利用TET2体外酶活实验、QQQ-MS、RNA免疫共沉淀等实验证实TET2可以直接移除TSPAN13 mRNA上的m5C修饰，抑制m5C读码蛋白（“Reader”）YBX1在TSPAN13 mRNA上的结合，从而影响TSPAN13的稳定性和表达。研究人员还发现敲低TSPAN13后CXCR4活化水平降低，而TET2敲除后则显著促进CXCR4的活化。

以上结果表明，靶向TET2/m5C/TSPAN13/CXCR4/CXCL12信号通路可能成为潜在的AML治疗新策略。除此之外，通过全转录组水平的mRNA亚硫酸盐测序以及mRNA稳定性分析，研究者发现TET2介导的mRNA m5C去甲基化能够在转录后水平调控上千个靶基因的表达，这为后续深入研究m5C修饰如何调控mRNA的代谢及肿瘤的形成和发展提供了理论支持。

美国希望之城国家医疗中心陈建军教授、苏瑞助理教授以及上海交通大学沈柏用教授、田景琰教授为这一研究成果的共同通讯作者。希望之城国家医疗中心的黎扬婵博士、薛美琳博士、邓晓岚博士和董磊博士为本文的共同第一作者。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.07.001

转自：“小柯生命”微信公众号

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