Gadd45γ在急性髓系白血病中的抑癌作用及相关机制研究

Gadd45γ, a growth arrest DNA damage-inducible protein, plays essential roles in negative regulation of cell proliferation. While exploring the role of oncogene Twist-1 in the development of myeloid leukemia, supported by the National Natural Science Foundation of China, we found that enforced expression of Twist-1 in leukemic cells led to significant inhibition of Gadd45γ. Further evidence indicates that Gadd45γ is downregulated in acute myeloid leukemia (AML) cells and may function as an anti-oncogene in AML. Based on these novel findings, we plan to conduct the following investigations to elucidate the role of Gadd45γ in AML and its mechanism. 1. Explore the association of the expression level of Gadd45γ with the AML patients’ clinical characteristics and the diagnostic and prognostic role of GADD45γ in AML. 2. Investigate the inducers of Gadd45γ in leukemic cells. 3. Evaluate the anti-cancer effect and its mechanism of Gadd45γ on AML through in vitro and in vivo studies. 4. Elucidate the mechanism of the dysregulation of Gadd45γ in AML. The accomplishment of this project may characterize novel anti-oncogene, provide new clues for elucidating the mechanism underlying the pathogenesis of AML, and discover new target for improving diagnosis and risk and treatment stratification in AML.

Gadd45γ是生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白，对细胞生长发挥负向调控作用。我们在进行上一个国家自然科学基金项目研究癌基因Twist-1与髓系白血病发生发展关系时发现，Twist-1过表达可引起白血病细胞Gadd45γ表达显著下调。我们通过预实验证实Gadd45γ 低表达于急性髓系白血病(AML)患者骨髓及细胞系，初步功能验证发现Gadd45γ可能是AML新的肿瘤抑制基因。本课题即在此全新发现的基础上，(1) 明确Gadd45γ在AML患者中表达水平与患者临床特征的关系及其诊断、预后意义；(2) 搞清Gadd45γ在白血病细胞中的诱导表达模式；(3) 通过体内、体外实验证实Gadd45γ的抗白血病作用和作用机制; (4)阐明Gadd45γ在AML中低表达的机制。对上述问题的研究将为鉴定全新的白血病抑癌基因奠定基础，为阐明AML的发生机制提供新线索，为白血病的诊断、治疗、预后评估提供新的靶标。

急性髓系白血病（AML）是由造血干/祖细胞获得性的累积性基因改变导致正常的细胞生长、增殖和分化发生紊乱的异质性疾病，目前治疗选择性有限，对难治复发性AML更缺乏有效的治疗措施。GADD45g是生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白家族的一员，在造血系统恶性肿瘤中的表达和功能尚无报道。本项目发现GADD45g是AML新的抑癌基因。在AML，特别是两类预后极差的AML亚型，即带有FLT3-ITD突变和MLL基因重排的患者中低表达，并且其低表达与患者不良预后相关。在AML细胞中过表达GADD45g，抑制同源重组DNA损伤修复相关基因，导致AML细胞DNA损伤积累，强烈诱导细胞凋亡、分化，增强细胞对化疗药物的敏感性，而对正常造血细胞没有明显影响。机制探讨发现，GADD45g的过表达通过激活p38MAPK信号传导通路，下调转录因子E2F1的表达，实现特异性抗白血病作用。进一步探讨GADD45g在AML细胞的低表达机制发现，组蛋白去乙酰化以及癌基因FLT3-ITD 和 MLL-AF9均可抑制其表达。筛选了多种HDAC抑制剂，发现HDAC1/2抑制剂Romidepsin对GADD45g表达的激活效果最强。FLT3-ITD抑制剂AC220和MLL-AF9抑制剂JQ1能在FLT3-ITD+和MLL-AF9+的AML细胞中激活GADD45g的表达，它们分别与Romidepsin联用后能够双重激活GADD45g，显著诱导FLT3-ITD+和MLL-AF9+ AML细胞凋亡，在FLT3-ITD+和MLL-AF9+ AML治疗中发挥协同效应。这两种联合用药策略尚无文献报道。此外，靶向DNA修复机制，也与目前传统的化疗药物作用机制不同，具有更特异的白血病细胞杀伤效果。总之，本项目研究为阐明AML发病机制提供新的重要线索，为AML预后提供了新指标，为改善难治性AML的治疗效果开发了新的药物联合应用方案，为白血病新药研发提供了新思路。具有重要的理论意义和广泛的应用前景。