ADAR1作为CML靶向治疗分子的前期理论及作用机制研究

Our previous studies showed that Knocking out adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1) gene led to rapid and efficient elimination of chronic myelogenous leukemia (CML) cells, including the leukemia stem cells. We propose here to utilize the latest high throughput RNA sequencing (RNA-seq) technology, combine with our expertise and unique material accumulated in our previous studies to investigate the RNA editing profiles in the normal hematopoietic and leukemia cells. Our KO, inducible KO and knock-In mouse models will enable us to overcome the material limitation in finding the specific RNA substrate of ADAR1. We expect to reveal ADAR1 mediated RNA editing sites therefore understand the mechanism of ADAR1 in hematopoietic and leukemia cells. Meanwhile, we will employ the ADAR1 Knock-in mouse model to evaluate the catalytic activity of ADAR1 in the survival of leukemia cells. We will prepare leukemia in three mouse strains, wild type, ADAR1 KO and ADAR1 KI mice, confirm the essential effect of the RNA editing activity through characterization of the leukemia development in these models.

我们的前期研究发现在小鼠体内特异敲除RNA腺苷脱氨酶1（ADAR1）基因可快速有效地清除慢性髓系白血病及其干细胞，使这一分子可能成为新的靶向治疗分子。然而ADAR1在白血病细胞的作用机制尚未阐明。本课题基于我们前期的研究积累，结合新近的高通量RNA测序技术，拟对各分化阶段正常造血及白血病细胞的RNA编译状态进行探讨。我们特有的基因敲除，诱导性基因敲除（inducible KO）及基因敲入（Knock-In，KI）小鼠模型将为这一研究提供特有的实验材料。通过比较野生型及基因敲除型RNA序列结果，将得出ADAR1在白血病细胞中的RNA编译谱，从而解释ADAR1 的作用机制。同时, 我们将利用已建立的ADAR1 KI动物模型，比较野生型与基因敲入的突变型ADAR1在白血病细胞中作用的差异, 明确其催化活性对白血病细胞存活的关键作用，从而奠定其酶活性功能区作为治疗靶点的基础理论。

慢性髓系白血病（CML）是一种最常见、起源于骨髓造血干细胞的恶性肿瘤。由于染色体之间互换而形成的Bcl-Abl重组基因所致的酪氨酸激酶过度表达在其发病中起有关键作用，酪氨酸激酶抑制剂（TKI）靶向治疗药物已广泛用于CML的临床治疗。然而部分病人对TKI的抗性，及不断发生的多种基因变异所导致的耐药性是临床治疗所面临的主要挑战。寻求新的更有效的治疗方案具有重要临床意义。我们的工作发现，在小鼠体内特异敲除RNA腺苷脱氨酶1（ADAR1）基因可快速有效地清除慢性髓系白血病及其干细胞，提示了这一分子可能成为潜在的靶向治疗分子。本课题对ADAR1作为CML靶向治疗分子的前期理论及作用机制进行了研究。根据ADAR1在白血病研究上的动向以及最新发现，我们直接对病人标本进行了研究，集中观察了ADAR1在慢性髓系白血病细胞中的作用及分子变化。通过对100余例人标本，包括初次诊断的新发病组、进展期组，缓解组，复发组，及正常对照组，ADAR1蛋白及RNA水平采用Western Blot和real time PCR的综合分析，发现ADAR1表达水平与疾病进展状态显著相关。并进一步对Rho- GTPase activating protein 26 (ARHGAP26)分子mRNA的编译状态通过基因测序进行了分析，发现编译效率在其12个编辑位点上明显不同，但总体编译水平在AML初发及复发组中显著高于缓解组及对照组。同时我们对ADAR1在细胞中可能的信号通路进行了探讨，发现了ADAR1对非特异免疫系统的RNA感知信号通路的激活起有重要的调控作用。特异性敲除RNA受体MDA-5可阻断ADAR1缺失引起的细胞死亡。本研究的重要结论包括发现并证实了ADAR1催化活性对白血病细胞存活起有关键作用，并且RNA感知信号通路在ADAR1下游介导其作用，从而奠定了ADAR1酶活性功能区及RNA信号通路节点蛋白作为潜在治疗靶点的理论基础。