组蛋白H3K4甲基转移酶Mll2/Wbp7参与造血免疫组织发育分化的功能与机制研究

Histone post-trnaslational modifications regulates gene transcription or silencing during the development and differentiation of multiple tissues and organs. Histone H3K4 tri-methylation is a hallmark of gene transcriptional activation, and evolutionary conserved Trithorax group proteins are the histone methyltransferases catalyzes H3K4. In mammals, there have at least seven trithorax group proteins have been identified: Mll, Mll2, Mll3, Mll4, Mll5,Set1a and Set1b. Several previous studies have found that Trithorax group proteins regulate the development and differentiation of hematopoietic and immune cells:both Mll and Mll5 control the self-renewal of hematopoietic stem cells. Moreover, Mll is required for the maintenance of memory T helper type 2 cell responses, and Mll5 is required for the development of natural killer and natural killer T lymphocytes.More recently, Mll4 has been found to control the macrophage activation.In this project, we will investigate the functional role of Mll2 particularly in the development and differentiation of hematopoietic stem cell and naive CD4+ T helper cells. This study will provide important insights not only into the developmental role of histone modifying enzymes but also into their clinical significance/relevance in human developmental diseases.

组蛋白翻译后修饰调控着基因的表达，参与了多种组织与器官的发育分化。组蛋白H3K4位点的三甲基化是基因转录激活的重要标志，在进化中保守的Trithorax蛋白质家族是该位点特异性的甲基转移酶。在哺乳动物中，Trithorax蛋白家族共有7个成员：MLL,MLL2,MLL3,Mll4,Mll5,Set1a与Set1b。过去的研究发现，Trithorax蛋白家族成员参与调控了造血免疫组织的分化与发育：其中，Mll与Mll5参与了造血干细胞的自我更新；此外，Mll参与了2型记忆性助T淋巴细胞的激活，Mll5参与调控了自然杀伤与自然杀伤T淋巴细胞的发育，Mll2参与了巨噬细胞的活性调节。在本项目中，我们将研究Mll2在造血干细胞的功能维持与CD4+T细胞的发育分化过程中的功能与分子机制。这项研究，不仅将进一步阐明造血免疫组织发育分化的表观遗传调控机制，也将为相关疾病诊治提供重要的理论基础与实验依据。

MLL2/WBP7是Trithorax蛋白家族的重要成员，参与组蛋白H3K4的甲基化修饰。Trithorax家族的成员MLL1 与MLL5参与了造血干细胞的“自我更新”调控，MLL1能够与多个基因发生融合，进而导致混合型白血病的发生。在本项目中，我们通过制备造血组织特异性的Mll4基因敲除小鼠模型，发现Mll2基因并不参与调节造血干细胞的“自我更新”，但却参与了造血干/祖细胞向“淋系”细胞的分化。Vav-iCre+,Mll2f/f小鼠可以活到成年，外观没有缺陷。全血分析发现，其外周血中淋巴细胞的数量显著降低，而髓系与红系细胞的数量没有变化。通过竞争性骨髓移植，我们发现移植入的Mll2基因敲除的造血干细胞能够有效地重建受体小鼠的造血干细胞，表明Mll2不参与造血干细胞的“自我更新”调控。此外，移植入的Mll2基因敲除的造血干细胞也能够有效地向髓系细胞分化。有趣的是，移植入的Mll2基因敲除的造血干细胞向淋巴细胞分化的能力显著渐弱，受体小鼠中的T-与B淋巴细胞几乎都是来自于野生型的造血干细胞，而Mll2基因敲除的造血干细胞无法参与受体小鼠淋巴细胞的重建与分化。我们利用过表达MLL-AF9癌蛋白的逆转录病毒系统，发现Mll2基因缺失后，MLL-AF9诱导的白血病发生进程显著变慢。上述结果表明Mll2对MLL-AF9诱导的白血病的发病有促进作用。综上所述，我们的研究揭示了Mll2参与造血干/祖细胞“髓系-淋系”分化的调控，而且在急性髓性白血病的发生过程中有正向调控作用。本研究拓展了人们对造血发生的机理的认识，又为造血系统疾病的诊断与治疗提供了理论基础与实验数据。