原文题目：DUX4-r exerts a neomorphic activity that depends on GTF2I in acute lymphoblastic leukemia

通讯作者：DAVIDE GABELLINI

隶属单位:IRCCS圣拉斐尔科学研究所

DOI: 10.1126/sciadv.adi3771

B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）是最常见的儿科恶性肿瘤，也是年轻时癌症死亡的最常见原因。B-ALL是一种高度异质性疾病，由复发性染色体改变驱动，导致多种疾病亚型。因此，表征与特定B-ALL驱动因素相关的白血病途径可以从个性化医学的角度发现新的治疗漏洞。

据报道，与健康 B 细胞或其他 ALL 亚型相比，双同源盒 4 （DUX4） 基因反复易位至免疫球蛋白重链 （IGH） 位点，并定义了一种新的 B-ALL 亚型，其特征是 ETS 相关基因 （ERG） 失调、CD10 阳性、独特的基因表达谱和与健康 B 细胞或其他 ALL 亚型相比广泛的低甲基化。

图 1.DUX4 和 DUX4-r 与不同的基因集相关并激活不同的基因集

DUX4是一种序列特异性转录因子，其表达通常局限于早期胚胎发育，在那里它激活切割阶段基因的表达。DUX4 具有 N 端 DNA 结合结构域，并通过其 C 端转录激活域 （CTD） 募集 CREB 结合蛋白/E1A 结合蛋白 p300 （CBP/EP300） 共激活剂来激活基因表达 。

B-ALL中的所有DUX4易位都保持了编码DNA结合域的区域，但导致CTD的随机截断，在大多数情况下，CTD被免疫球蛋白重（IGH）位点编码的随机氨基酸取代，从而产生DUX4-IGH嵌合体。由此产生的重排DUX4（DUX4-r）在B细胞前体中特异性表达，其中野生型（wt）DUX4从未表达。

图 2.DUX4-r 激活细胞粘附和迁移，促进细胞增殖

DUX4 重排是发生在白血病发生早期的克隆事件，在复发性白血病中持续存在。患者来源的异种移植物或来源于DUX4-r B-ALL患者的NALM6细胞系中的DUX4-r沉默支持DUX4-r在这种白血病亚型的发展和维持中的重要作用。

然而，最近有人提出，wt DUX4和DUX4-r功能互换，白血病的发展需要“恰到好处”的wt DUX4或DUX4-r水平。过多的wt DUX4或DUX4-r会导致细胞凋亡，太少只会阻止细胞增殖。

除了 DUX4 重排外，ERG 改变几乎只在 DUX4-r B-ALL 亚型中观察到。然而，这些改变在高达40%的DUX4-r患者中不存在，通常是亚克隆的，并且在诊断和复发之间不一致，因此表明ERG改变不驱动白血病生成，但代表疾病进展中的继发事件。 因此，除了 ERG 改变之外，DUX4-r 诱导的白血病生成可能需要其他因素。

DUX4-r驱动的B-ALL的拟议模型，包括与ERG改变或恰到好处的DUX4水平的合作，并未得到文献的完全支持。 其他研究表明DUX4-r癌基因，但基于非常不同的遗传背景或细胞系统。到目前为止，对DUX4-r转录组学数据的功能富集分析未能确定特定的失调途径。RNA测序（RNA-seq）已经在NALM4细胞中对DUX6-r过表达进行了，尽管如此，它已经在DUX72-r敲低后4小时内源性表达。此外，已将NALM4细胞中内源性DUX6-r的染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）数据与多能干细胞或人成肌细胞中异位过表达的wt DUX4的数据进行了比较。因此，很难从继发事件中区分主要的DUX4-r转录靶标，并且仍然需要比较相关系统中wt DUX4和DUX4-r的活性，以确定DUX4-r促进B-ALL的分子机制，并确定可用于治疗目的的漏洞。

图 4.DUX4-r 选择性地与 GTF2I 交互

在这里，研究人员并排比较了 wt DUX4 的分子和功能活性以及 B-ALL 背景下代表性的患者来源的 DUX4-r 变体。尽管共享相同的DNA结合域，但研究人员发现wt DUX4和DUX4-r调节不同的基因集并控制非常不同的细胞行为。只有 DUX4-r 激活属于 DUX4-r B-ALL 患者基因标记的基因并刺激 B-ALL 细胞增殖。研究人员发现DUX4-r通过与转录因子GTF2I的相互作用获得这些能力。研究人员进一步证明，DUX4-r的活性严格取决于GTF2I的蜂窝可用性。因此，遗传学或药理学GTF2I靶向在体外和体内抑制DUX4-r白血病活性。总的来说，研究人员的数据阐明了负责DUX4-r B-ALL的分子机制，并确定了这种白血病亚型的可能治疗选择。

通过将转录组学、基因组学和蛋白质组学与体外和体内功能测定相结合，研究人员的结果阐明了由DUX4-r引起的B-ALL的分子机制。研究人员提出，产生DUX4-r的染色体重排导致白血病转录因子的功能丧失和增加。CTD的缺失导致与CBP / EP300转录共激活剂的相互作用丧失，导致无法结合和激活被抑制的染色质。另一方面，DUX4-r获得了与转录因子GTF2I相互作用的能力，GTF4I将DUX<>-r重定向到参与白血病生成的靶标的结合和激活。

研究人员发现wt DUX4和DUX4-r结合并激活高度不同的基因集，尽管它们共享相同的DNA结合域并识别相同的DNA共识。研究人员的结果与之前的一项研究不同，该研究报告了wt DUX4和DUX4-r基因组靶标之间的大量重叠。这些作者仅对 NALM4 细胞中的 DUX6-IGH 进行了 ChIP-seq，并将他们的结果与之前发表的 ChIP-seq 数据集进行了比较，该数据集由其他人在诱导多能干细胞中进行的 wt DUX4。为了进行并排比较并富集主要靶标，研究人员改用缺乏内源性 wt DUX4/DUX4-r 表达的 REH 细胞，诱导 wt DUX4/DUX4-r 的水平与 DUX4-r B-ALL 患者相当，并在 DUX4/DUX4-r 诱导后早期进行 CUT&Tag。先前发表的研究与研究人员的研究之间的技术差异可能是导致不同结果的原因。

图 5.GTF2I是DUX4-r体外和体内生物活性所必需的

虽然wt DUX4在研究人员和其他人测试的每种细胞类型中显示出基本相同的转录活性，但研究人员发现DUX4-r的活性与GTF2I细胞可用性密切相关。在 DUX4-r B-ALL 患者中，DUX4-r 特征的激活程度与 GTF2I 表达水平呈正相关。在基因组水平上，与HEK细胞相比，REH中DUX4-r靶标的富集率明显更高，与GTF2I表达水平一致。此外，GTF2I下调导致DUX4-r染色质关联和靶标激活显著降低。同样，在表达相对较低的GTF2I内源水平的HEK细胞中，DUX4-r在全基因组范围内显示出可忽略的染色质关联。值得注意的是，HEK细胞中的异位GTF2I表达足以选择性地驱动DUX4-r募集到其靶基因。因此，人们很容易推测，DUX4-r的DNA结合活性不仅取决于其DNA结合域，而且依赖于GTF2I进行靶基因定义。

在REH细胞中，研究人员发现GTF2I已经与DUX4-r靶标相关。因此，在DUX2结合位点附近进行GTF4I预标记可能有助于DUX4-r靶基因的定义。研究人员的结果表明，GTF2I也受到DUX4-r的影响。DUX2-r靶标处的GTF4I富集在DUX4-r表达时显著增强。虽然DUX4-r和GTF2I之间明显协同作用的确切机制仍有待确定，但很容易推测DUX4-r将GTF2I与靶向位点的结合和/或这两个因素相互稳定染色质关联。

以前的工作报道，用HDAC抑制剂SAHA治疗下调GTF2I表达。研究人员通过证明纳摩尔范围内的SAHA处理足以在mRNA和蛋白质水平下调GTF2I来确认并扩展这一结果。值得注意的是，SAHA阻断DUX4-IGH靶标的激活和下游表型效应与直接GTF2I或DUX4-r敲低一样有效。研究人员发现DUX4-r赋予SAHA对表达白血病细胞的敏感性，这与DUX4-r B-ALL细胞沉迷于DUX4-r/GTF2I电路的可能性一致。

图 6.GTF2I药理学靶向抑制DUX4-r白血病活性

尽管研究人员的结果为开发DUX4-r B-ALL的药物治疗提供了依据，但GTF2I靶向并不是完全“治愈的”。未来的研究需要确定干扰GTF2I是否不足以完全阻断DUX4-r白血病进展，或者对GTF2I表达强烈降低的细胞的阴性选择是否是GTF2I靶向的部分体内功效的原因。

虽然SAHA已被批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤，并且正在对几种其他类型的癌症进行临床试验，但关于SAHA下调GTF2I分子机制的进一步研究可以确定其他靶点，以开发针对DUX4-r B-ALL的个性化治疗策略。总体而言，研究人员的研究结果表明，DUX4-r获得一种取决于GTF2I的neomorphic致癌活性，可以靶向B-ALL的治疗目的。

原文链接: 10.1126/sciadv.adi3771

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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