由上海血液學(xué)研究所所長(zhǎng)陳賽娟院士等人領(lǐng)銜的上海血液學(xué)研究所／醫(yī)學(xué)基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在白血病研究領(lǐng)域又有重大發(fā)現(xiàn),。該研究團(tuán)隊(duì)利用第二代測(cè)序技術(shù)在國(guó)際上首次對(duì)急性髓細(xì)胞白血病M5亞型（AML－M5）——急性單核細(xì)胞白血病進(jìn)行了全外顯子組測(cè)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(xué)調(diào)控中的一個(gè)重要基因——DNA甲基轉(zhuǎn)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(yù)后密切相關(guān)；對(duì)其編碼蛋白質(zhì)的功能研究表明DNMT3A突變很可能在單核細(xì)胞系受累的急性白血病的發(fā)病機(jī)理中發(fā)揮重要作用,，他們的結(jié)果為該類白血病的預(yù)后預(yù)測(cè)提供了新的分子標(biāo)志,，也為其治療提供了新的思路。3月13日,，《自然遺傳學(xué)（Nature Genetics）》雜志以長(zhǎng)文形式（article）系統(tǒng)報(bào)道了這項(xiàng)研究結(jié)果,，表明中國(guó)科學(xué)家在腫瘤基因組學(xué)的研究領(lǐng)域已經(jīng)躋身世界一流行列。
急性單核細(xì)胞白血病是一種特殊類型的急性髓細(xì)胞白血病,，表現(xiàn)為骨髓和外周血原始和幼稚單核細(xì)胞增多,，其臨床進(jìn)程兇險(xiǎn)，患者易發(fā)生髓外浸潤(rùn),，3年平均無(wú)病生存率僅有25％,，且復(fù)發(fā)率高。因而尋找特異性的生物學(xué)標(biāo)志和治療手段,，改善該型白血病療效,，是目前亟待解決的問(wèn)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(shí)現(xiàn)個(gè)體化和靶向治療,。基因異常是白血病發(fā)生的重要機(jī)制之一,，自2008年6月國(guó)際腫瘤基因組計(jì)劃啟動(dòng)以來(lái),，各個(gè)研究中心展開(kāi)了大量的腫瘤全基因組測(cè)序工作，推動(dòng)腫瘤研究進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代,。上海血液學(xué)研究所通過(guò)全外顯子組捕獲和第二代測(cè)序技術(shù),，成功獲得了14例AML－M5患者白血病細(xì)胞的蛋白質(zhì)編碼區(qū)的序列信息。經(jīng)過(guò)有效的生物信息學(xué)過(guò)濾分析以及嚴(yán)格的驗(yàn)證,，檢測(cè)到累及63個(gè)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?；趪?yán)密合理的理論分析,，研究者選擇了其中6個(gè)基因在近100例的M5型白血病標(biāo)本中進(jìn)行全外顯子擴(kuò)大規(guī)模測(cè)序驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A的編碼基因——DNMT3A在M5型白血病中突變率高達(dá)20．5％,，其中累及第882位精氨酸密碼子的突變頻率達(dá)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(gè)月,，而無(wú)此突變的患者平均生存期則可達(dá)到約19．5個(gè)月，提示在今后的治療中對(duì)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(jìn)一步研究了該突變基因的功能。他們通過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)分析,、酶活性生物化學(xué)測(cè)定以及細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn),，證實(shí)該基因突變位點(diǎn)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(xì)胞惡性增殖和轉(zhuǎn)化的能力,。研究者進(jìn)而用表達(dá)芯片和甲基化芯片等先進(jìn)技術(shù)手段，對(duì)DNMT3A突變的生物學(xué)功能進(jìn)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(biāo)本中DNA甲基化程度下降且表達(dá)水平升高,，已知HOX家族基因與白血病的發(fā)病密切相關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)使得DNMT3A突變?cè)贛5型白血病發(fā)病中的作用機(jī)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(jì)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(zhuǎn)移酶,，其異常亦可以通過(guò)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(xué)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(shí)驗(yàn)室的研究成果具有重要的生物學(xué)意義和臨床應(yīng)用價(jià)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(jì)劃做出了重要貢獻(xiàn)；第二,，揭示了DNMT3A突變?cè)诎籽≈械臐撛谥虏∽饔?，為白血病的預(yù)后預(yù)測(cè)和個(gè)體化治療提供了新的分子標(biāo)志，同時(shí)也為其治療提供了新的分子靶標(biāo),；第三,，在機(jī)理上不僅將腫瘤發(fā)生中的兩種重要機(jī)制——基因突變和表觀遺傳學(xué)聯(lián)系在一起；同時(shí)將兩種表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)形式聯(lián)系在一起，兩者很可能通過(guò)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(jī)制在本質(zhì)上是“殊途同歸”的,，這為白血病分子機(jī)制的探索開(kāi)拓了又一新的道路。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家863計(jì)劃,、973計(jì)劃,、國(guó)家自然科學(xué)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.
