由上海血液學研究所所長陳賽娟院士等人領銜的上海血液學研究所／醫(yī)學基因組學國家重點實驗室在白血病研究領域又有重大發(fā)現(xiàn),。該研究團隊利用第二代測序技術在國際上首次對急性髓細胞白血病M5亞型（AML－M5）——急性單核細胞白血病進行了全外顯子組測序，解讀了基因組中基因編碼區(qū)域的信息,。他們發(fā)現(xiàn)表觀遺傳學調(diào)控中的一個重要基因——DNA甲基轉移酶（DNMT3A）基因在AML－M5中存在高頻突變,，該基因的突變與患者的不良預后密切相關,；對其編碼蛋白質(zhì)的功能研究表明DNMT3A突變很可能在單核細胞系受累的急性白血病的發(fā)病機理中發(fā)揮重要作用，他們的結果為該類白血病的預后預測提供了新的分子標志,，也為其治療提供了新的思路,。3月13日，《自然遺傳學（Nature Genetics）》雜志以長文形式（article）系統(tǒng)報道了這項研究結果，表明中國科學家在腫瘤基因組學的研究領域已經(jīng)躋身世界一流行列,。
急性單核細胞白血病是一種特殊類型的急性髓細胞白血病,，表現(xiàn)為骨髓和外周血原始和幼稚單核細胞增多，其臨床進程兇險,，患者易發(fā)生髓外浸潤,，3年平均無病生存率僅有25％，且復發(fā)率高,。因而尋找特異性的生物學標志和治療手段,，改善該型白血病療效，是目前亟待解決的問題之一,。這就需要在分子水平上全面揭示該病發(fā)生發(fā)展的規(guī)律,，從而實現(xiàn)個體化和靶向治療?；虍惓Ｊ前籽“l(fā)生的重要機制之一,，自2008年6月國際腫瘤基因組計劃啟動以來，各個研究中心展開了大量的腫瘤全基因組測序工作,，推動腫瘤研究進入一個新的時代,。上海血液學研究所通過全外顯子組捕獲和第二代測序技術，成功獲得了14例AML－M5患者白血病細胞的蛋白質(zhì)編碼區(qū)的序列信息,。經(jīng)過有效的生物信息學過濾分析以及嚴格的驗證,，檢測到累及63個基因的73種突變，不僅包括一些已知的白血病致病基因,，還發(fā)現(xiàn)了大量新的突變基因,。基于嚴密合理的理論分析,，研究者選擇了其中6個基因在近100例的M5型白血病標本中進行全外顯子擴大規(guī)模測序驗證,，發(fā)現(xiàn)DNA甲基轉移酶3A的編碼基因——DNMT3A在M5型白血病中突變率高達20．5％，其中累及第882位精氨酸密碼子的突變頻率達18．8％,。存在這一基因突變的患者治療效果很差,，完全緩解率低，患者的平均生存期通常只有7個月,，而無此突變的患者平均生存期則可達到約19．5個月,，提示在今后的治療中對攜帶此基因突變的患者可能需要采取更為積極有效的治療方案。
研究者抓住這一重要發(fā)現(xiàn),，進一步研究了該突變基因的功能,。他們通過蛋白質(zhì)結構生物學分析、酶活性生物化學測定以及細胞增殖實驗,，證實該基因突變位點編碼的氨基酸位于蛋白質(zhì)的重要功能域,，影響了蛋白質(zhì)的正常功能,，從而賦予細胞惡性增殖和轉化的能力。研究者進而用表達芯片和甲基化芯片等先進技術手段,，對DNMT3A突變的生物學功能進一步挖掘,，發(fā)現(xiàn)了包括HOXB家族基因在內(nèi)的一系列基因在DNMT3A突變的標本中DNA甲基化程度下降且表達水平升高，已知HOX家族基因與白血病的發(fā)病密切相關,，這些發(fā)現(xiàn)使得DNMT3A突變在M5型白血病發(fā)病中的作用機理變得更為清晰,。有意義的是，他們還發(fā)現(xiàn)M5型白血病中已知的另外一種發(fā)生頻率較高的MLL基因異常與DNMT3A突變很少在同一患者中出現(xiàn),，兩種基因突變率總計占M5型白血病患者的40％,。MLL基因編碼的是一種組蛋白甲基轉移酶，其異常亦可以通過調(diào)節(jié)HOX家族基因引起白血病的發(fā)生,。而DNA甲基化和組蛋白甲基化均是十分重要的表觀遺傳學調(diào)節(jié)形式,，它們作為基因組以外的遺傳密碼在腫瘤的發(fā)病中起重要作用。
該實驗室的研究成果具有重要的生物學意義和臨床應用價值：第一,，首次解讀了M5型白血病的全外顯子組序列,，為人類腫瘤基因組計劃做出了重要貢獻；第二,，揭示了DNMT3A突變在白血病中的潛在致病作用,，為白血病的預后預測和個體化治療提供了新的分子標志，同時也為其治療提供了新的分子靶標,；第三,，在機理上不僅將腫瘤發(fā)生中的兩種重要機制——基因突變和表觀遺傳學聯(lián)系在一起；同時將兩種表觀遺傳學的調(diào)節(jié)形式聯(lián)系在一起,，兩者很可能通過共同的通路在白血病發(fā)生中起作用,。提示腫瘤的發(fā)病機制在本質(zhì)上是“殊途同歸”的，這為白血病分子機制的探索開拓了又一新的道路,。該項研究得到了國家863計劃,、973計劃、國家自然科學基金,、上海市科委基金的資助,。(生物谷Bioon.com)
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Nature Genetics (2011) doi:10.1038/ng.788
Exome sequencing identifies somatic mutations of DNA methyltransferase gene DNMT3A in acute monocytic leukemia.
Xiao-Jing Yan,Jie Xu,Zhao-Hui Gu,Chun-Ming Pan,Gang Lu,Yang Shen,Jing-Yi Shi,Yong-Mei Zhu,Lin Tang,Xiao-Wei Zhang,Wen-Xue Liang,Jian-Qing Mi,Huai-Dong Song,Ke-Qin Li,Zhu Chen & Sai-Juan Chen
Abnormal epigenetic regulation has been implicated in oncogenesis. We report here the identification of somatic mutations by exome sequencing in acute monocytic leukemia, the M5 subtype of acute myeloid leukemia (AML-M5). We discovered mutations in DNMT3A (encoding DNA methyltransferase 3A) in 23 of 112 (20.5%) cases. The DNMT3A mutants showed reduced enzymatic activity or aberrant affinity to histone H3 in vitro. Notably, there were alterations of DNA methylation patterns and/or gene expression profiles (such as HOXB genes) in samples with DNMT3A mutations as compared with those without such changes. Leukemias with DNMT3A mutations constituted a group of poor prognosis with elderly disease onset and of promonocytic as well as monocytic predominance among AML-M5 individuals. Screening other leukemia subtypes showed Arg882 alterations in 13.6% of acute myelomonocytic leukemia (AML-M4) cases. Our work suggests a contribution of aberrant DNA methyltransferase activity to the pathogenesis of acute monocytic leukemia and provides a useful new biomarker for relevant cases.
