DNMT3A突变调控DNA和组蛋白甲基化诱发白血病的机制及靶向治疗研究

DNA methyltransferase 3A (DNMT3A) is one of the critical epigenetic modifiers required for life processes. In our previous study, we have reported that DNMT3A is mutated in up to 20% of acute monocytic leukemia cases, mostly in cases with poor prognosis. Furthermore, we have proved that DNMT3A-R882 hotspot mutation drives chronic myelomonocytic leukemia in mice through disturbing gene expression/DNA methylation in hematopoietic cells. In this study, we will (1) further explore the detailed molecular mechanism underlying the regulation of cell cycle protein CDK1 resulting in abnormal hematopoiesis by DNMT3A-R882H; (2) investigate the role of DNMT3A-R882H in regulating DNA methylation and histone methylation as well as downstream target genes; (3) gain considerable insight into the mechanisms of regulation of hematopoiesis and leukemogenesis by DNMT3A mutation using a conditional knock-in mouse model; (4) intervene with the potential key targets in cell lines and animal models to explore the efficacy of targeted inhibitors. This may provide not only important evidence for understanding the detailed molecular mechanism of leukemogenesis by DNMT3A mutations but also a theoretic basis for targeted therapies.

DNA甲基转移酶3A（DNMT3A）是一个与表观遗传修饰相关的重要基因。本课题组的前期研究发现DNMT3A在急性单核细胞白血病患者中有近20%的突变率，DNMT3A突变患者预后不良。进一步研究证实DNMT3A-R882热点突变通过影响造血细胞的基因表达/DNA甲基化和细胞周期调控，使小鼠诱发慢性粒单核细胞白血病。本课题拟在前期工作基础上,（1）进一步探索DNMT3A-R882H调控细胞周期相关蛋白CDK1而导致异常造血调控的具体分子机制；（2）深入研究DNMT3A-R882H对DNA和组蛋白甲基化修饰及其下游靶基因的异常调控作用；（3）利用条件性基因敲入小鼠模型，研究DNMT3A基因突变对造血调控和致白血病的作用；（4)针对潜在的关键靶点，在细胞株及动物模型上探索抑制剂靶向干预的疗效。为深入阐明DNMT3A突变诱发白血病的具体分子机制及制定相应的靶向治疗策略提供理论依据。

DNMT3A是生命过程中一个重要的表观遗传修饰基因，该基因在血液肿瘤中发生高频突变。在人类急性髓系白血病中，DNMT3A R882H是热点突变。在本项目中，为了探究DNMT3A R882H是否具有诱发白血病的作用，我们应用条件性基因敲入技术，建立了Dnmt3a R878H条件性敲入小鼠模型。深入研究了DNMT3A突变基因引起造血异常的潜在机制，以及相关通路上的可能作为治疗靶点的特异性调控因子。.我们发现Dnmt3a R878H能够诱发急性髓系白血病，并引起Lin−Sca1+cKit+（LSK）细胞明显增多，而白血病起源细胞主要是LSK造血干/祖细胞群体。通过对白血病细胞的基因表达谱、DNA甲基化谱的研究，以及白血病干/祖细胞的单细胞RNA测序分析，揭示了Dnmt3a R878H突变可引起基因表达和表观遗传调控模式的显著变化，导致造血细胞分化阻滞和增殖过度。此外还发现，Dnmt3a突变可通过DNA低甲基化修饰而使mTOR活化增加，进而上调细胞周期关键蛋白CDK1的表达。过表达的CDK1则可磷酸化组蛋白甲基化修饰酶EZH2，引起异常的组蛋白H3K27三甲基化谱。因此，为了试图找到治疗DNMT3A突变相关白血病的潜在药物，我们发现mTOR特异性抑制剂rapamycin可显著抑制DNMT3A突变白血病细胞的增殖，还可显著减轻小鼠的白血病症状并延长生存期。.该研究不仅发现异常活化的mTOR通路在致病机制中起重要作用，而且揭示了mTOR抑制剂对DNMT3A突变相关白血病具有潜在的治疗效果，由此为临床治疗DNMT3A突变相关白血病提供了潜在的靶标。相关研究成果已发表2篇SCI论著（均标注本项目基金编号）于《PNAS》（影响因子9.809）和《BMC Cancer》（影响因子3.288）杂志。