揭示白血病關鍵轉(zhuǎn)錄復合物的組成機制和功能

轉(zhuǎn)錄因子在造血過程中起關鍵作用，其異常表達可導致各種類型的白血病。白血病通常由染色體易位驅(qū)動，染色體易位導致新型轉(zhuǎn)錄因子的產(chǎn)生，即兩個獨 立基因產(chǎn)物的異常融合。染色體易位t(8;21) 產(chǎn)生的融合蛋白 AML1-ETO (AE) 是急性髓系白血?。?/span>acute myeloid leukemia, AML）中常見的融合蛋白，能夠增強白血病細胞的自我更新并抑制骨髓細胞的分化。轉(zhuǎn)錄因子往往協(xié)同發(fā)揮功能，AE存在于一個穩(wěn)定的復合物（稱為AETFC）中，該復合物還含有CBFb（AML1的結(jié)合蛋白）、E蛋白家族成員HEB或E2A、致癌轉(zhuǎn)錄因子LYL1、LIM結(jié)構(gòu)域蛋白LMO2和LMO2結(jié)合蛋白LDB1。盡管像許多轉(zhuǎn)錄因子一樣，AE可以激活或抑制靶基因表達。但進一步了解AETFC如何組裝以及它如何調(diào)控基因表達非常重要。

LYL1是含有堿性螺旋環(huán)螺旋（bHLH）結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子，能夠與E蛋白如E2A和HEB形成異源二聚體結(jié)合于DNA，對造血干細胞/祖細胞很重要。LYL1還可以直接與輔助因子LMO2蛋白相互作用，形成轉(zhuǎn)錄復合物，驅(qū)動造血細胞和惡性腫瘤中的譜系特異性基因表達。盡管多個證據(jù)表明LYL1在急性髓系白血病中的生物學重要性，但LYL1如何與AE協(xié)同調(diào)控基因表達并不清楚。清華大學醫(yī)學院陳默研究員課題組發(fā)現(xiàn)LYL1在AETFC的組裝和轉(zhuǎn)錄激活功能實現(xiàn)中具有重要作用。

陳默課題組利用生化和基因組手段發(fā)現(xiàn)白血病細胞中至少存在兩種不同的含AE的復合物：一種含有LYL1的AETFC復合物，以及幾種不含LYL1的AE-E蛋白復合物（AEC，以AE-HEB為代表），而LYL1對于AETFC復合物的組裝起到關鍵作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)含有LYL1 的 AETFC 復合物優(yōu)先與活躍的增強子結(jié)合并促進 AE 靶基因的激活。接下來，研究人員進一步探究了AETFC復合物特異結(jié)合哪些輔助因子從而激活基因轉(zhuǎn)錄的具體機制。目前已報道的輔助因子是通過與AE的相互作用而不是與AE復合物的相互作用來鑒定的，并不能區(qū)分不同AE復合物結(jié)合的輔因子，也無法區(qū)分激活或抑制的靶基因上AE復合物招募的輔因子。此外，由于AE和E蛋白通常共定位在染色質(zhì)上并與上調(diào)或下調(diào)的靶基因結(jié)合，因此輔助因子的差異募集不能用AE-E蛋白復合物與靶基因的差異結(jié)合來解釋，可能是通過其他AETFC組分（例如LYL1）進行的。基于以上考慮，研究人員通過免疫沉淀-質(zhì)譜聯(lián)用（IP-MS）的方法鑒定AETFC與AEC差異結(jié)合的輔因子，發(fā)現(xiàn)共激活因子 CARM1 特異地與 AETFC相互作用并促進 AETFC 對靶基因的激活。CARM1調(diào)控了AML中細胞周期、DNA修復和DNA復制相關的基因，對于AE依賴性白血病細胞的生存至關重要。這項研究證明了AETFC復合物將 CARM1 募集到染色質(zhì)，進而激活靶基因表達、促進 AML 細胞存活，描述了癌癥轉(zhuǎn)錄因子 LYL1 在 AETFC 組裝和基因激活中的新作用。

上述研究利用生物化學和基因組學手段發(fā)現(xiàn)AE復合物的異質(zhì)性，證明LYL1是形成AETFC復合物的關鍵因子，鑒定到與該復合物特異結(jié)合的共激活因子CARM1，對AETFC激活靶基因轉(zhuǎn)錄的機制提供了新的見解，對白血病的治療提供了新的靶點。