▎藥明康德內容團隊編輯
急性髓系白血病（AML）是一類常見的白血病，在兒童和成人中都有可能發生
。這種惡性腫瘤由骨髓中異常成髓細胞的分化阻斷和克隆增殖而導致，其分子特徵包括表觀遺傳修飾因子、轉錄因子和激酶的突變。根據不同的分子特徵，AML可以細分為數十種亞型，不同亞型的生物學特性有很大的差異。
日前，來自美國西北大學醫學院講席教授嶽峰和賓夕法尼亞州立大學的鄭弘教授合作，在頂尖學術期刊《自然》上發表論文，整合了25名AML患者的樣品和7個健康捐贈者的樣本，採用轉錄組測序、表觀基因組測序、染色質構象捕獲（Hi-C）、CRISPR等技術，
第一次系統研究並揭示了順式調控元件、DNA甲基化與3D基因組在AML中的作用
。
研究團隊指出，這項工作總共生成了199個來自原發性AML患者樣本的基因組資料集，
創建出迄今為止最全面的AML圖譜，為白血病研究提供了重要資源
。
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研究流程和方法示意圖（圖片來源：參考資料[1]）
利用染色質構象捕獲技術，研究人員探索了AML中的突變在多大程度上驅動染色質3D結構的改變，發現
基於A/B染色質區室的分組能夠準確反映AML遺傳亞型
，例如RUNX1和CEBPA突變。此外，有一組樣本包含KMT2B突變，這是一種以前未被用作主要 AML 亞型的分類。對比健康樣本，原發性AML患者樣本的基因組中有3。2%從區室A狀態轉變為區室B，有2。9%從區室B狀態變成A。這些AML或AML亞型特異的A/B 區室切換區域也能夠按其基因突變譜進行分組，幷包含已知AML基因如POUA2F1、FGF13和BCL11。
進一步分析還表明，在AML中
基因拓撲相關域和染色質環也發生了複發性和亞型特異性改變
。
為探究AML特異的染色質環在AML發病機制中的作用，研究人員在相同的AML樣本中進行了RNA測序、ATAC測序和CTCF、H3K27ac和H3K27me3的CUT&Tag。透過這些方法，研究人員揭示了
廣泛、反覆出現的具有AML特異性的啟動子-增強子（P-E）和啟動子-沉默子（P-S）環
。
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在每個AML樣本中發現了大約200個AML特異性染色質環，呈現亞型特異性模式，含有許多已知的AML原癌基因（圖片來源：參考資料[1]）
隨後，在人AML細胞系中，研究人員透過CRISPR刪除和干擾實驗驗證了
抑制環對其靶基因的作用
。以和不良預後有關的IKZF2基因為例，研究人員進行了4C-seq和熒光原位雜交，隨後利用CRISPR 刪除和干擾驗證了RTTN和IKZF2P-S環。
對IKZF2P-S環的干擾導致了其靶基因表達顯著增加超過35倍。對RTTNP-S環的刪除導致了3倍的基因表達增長，同時減慢了AML細胞增殖和克隆形成能力
。
基因組結構變異（SV）導致的增強子劫持是腫瘤發生的重要驅動因素
。為了檢測增強子劫持事件，研究人員透過異常的Hi-C訊號預測了SV，並利用同一實驗室研發的軟體預測SV 誘導的新染色質環，隨後在AML樣本中進一步鑑定。透過CRISPR篩選，研究人員證明被劫持的增強子在AML 細胞生長中發揮了重要作用。
值得注意的是，
這項研究還第一次提出了沉默子劫持概念
，並透過在EXD1和ALG10基因位點的CRISPR 干擾介導證明了被劫持的沉默子對其靶點基因具有下調作用。
▲根據增強子劫持或沉默子劫持以及
不同型別的SV（包括缺失、倒置和染色體間易位）進行分類（圖片來源：參考資料[1]）
最後，研究團隊利用20個AML和正常樣本的全基因組亞硫酸氫鹽測序揭示了DNA甲基化、CTCF結合和 3D基因組結構之間的微妙關係。使用DNA低甲基化藥物處理AML細胞，並對DNMT1、DNMT3A和DNMT3B進行三重敲減，對DNA甲基化的操縱，能夠恢復3D基因組結構和基因表達。
研究人員總結說，
該結果揭示了新的AML致病機制，強調了抑制環和被劫持的順式元件在人類疾病中的作用
，為新療法的研發提供資訊。作為一種極具侵襲性的惡性腫瘤，AML對臨床治療來說仍是一個艱鉅挑戰，成人的5年存活率僅為27%。。期待科學家對其發病基礎的深入探索為AML患者和其他癌症患者帶來新的治療思路。
本項工作的共同一作是徐潔和宋凡博士。呂慧珏、Mikoto Kobayashi和張寶珍博士也做出了重要貢獻。
參考資料：
