Смена типа лейкемии идет через эпигенетическую регуляцию

Острый лимфобластный лейкоз, несущий гибридный ген MLL/AF4, при рецидиве может проявляться как острый миелоидный лейкоз. Международная группа ученых показала, что смена типа идет через мутации в генах эпигенетической регуляции (CHD4 и PHF3), влияющих на открытость хроматина.

Credit:
123rf.com

Транслокация гена MLL достаточно часто встречается в линиях миелоидных клеток и обычно ассоциирована с худшим прогнозом. Одна из наиболее частых транслокаций приводит к образованию гибридного гена MLL/AF4. Линии лейкемии с таким геном обладают интересной характеристикой — хотя MLL/AF4 обычно имеют лимфоидную природу (острый лимфобластный лейкоз, ALL), рецидивы заболевания могут проявляться как острый миелоидный лейкоз (AML) или же характеризоваться присутствием популяций клеток обоих типов (острый лейкоз смешанного фенотипа, MPAL). При этом смена фенотипа часто ведет к потере терапевтических таргетов. Международная группа ученых показала, что подобные изменения типа лейкемии происходят из-за мутаций в генах эпигенетической регуляции.

Ученые проанализировали 12 случаев MLL/AF4 лейкемии, в которых наблюдался рецидив в виде AML. Чтобы исключить возможность того, что миелоидная популяция проявилась de novo или была ассоциирована с терапией ALL, ученые анализировали характер MLL/AF4 — обе популяции должны были нести идентичную точку объединения генов.

Авторы предположили, что смена фенотипа связана с изменениями в экспрессии генов. Анализ экспрессии и сплайсинга между фенотипами выявил значительные различия — ученые обнаружили повышение уровня экспрессии 1374 генов и понижение уровня экспрессии 1323 генов. Изменения в экспрессии включали в себя потерю генов, ассоциированных с лимфатической дифференцировкой, и проявление экспрессии миелоидных генов. Ученые также показали, что смена фенотипа ассоциирована с альтернативным сплайсинга. При этом 85% вариантов сплайсинга являлись неканоничными.

Такие значительные изменения в экспрессии генов натолкнули ученых на предположение, что смена фенотипа связана с перестройкой хроматина. Картирование сайтов, гиперчувствительных к эндонуклеазе DNase I, показало изменения в доступности множества генов, включая белковые маркеры миелоидных (CD33) и лимфоидных (CD19) клеток.

Далее ученые проанализировали мутационный ландшафт MLL/AF4. ALL-линия показала относительно малое количество мутаций — медиана составила 25 несинонимичных мутаций. Рецидивы, проявляющиеся как AML, несли несколько большее количество мутаций — 92 в среднем. Однако два пациента из этой группы имели мутации в генах ДНК-полимеразы, что привело к повышенному числу мутаций. При этом мутационная характеристика значительно отличалась между фенотипами, а MPAL-линия демонстрировала мутации, характерные для обеих групп.

Для определения факторов, влияющих на изменение фенотипа MLL/AF4 лейкемии, ученые еще раз проанализировали набор генов, показывающих изменения в экспрессии, альтернативный сплайсинг или мутации. Анализ выявил восемь генов, изменения в которых были характерны для всех случаев смены фенотипа. Среди них ученые выделили CHD4 — ген, кодирующий один из фрагментов NuRD, корепрессорного комплекса белков, обладающего способностью к ремоделированию хроматина. Уровень экспрессии CHD4 был значительно снижен в популяциях AML-рецидивов по сравнению с исходными ALL-популяциями.

Для проверки роли CDH4 в дифференцировке линий MLL/AF4-лейкемии ученые провели эксперименты с нокдауном на клеточных линиях MLL/AF4 ALL. Ученые также протестировали пять дополнительных генов, кроме CDH4. Исследование показало, что нокдаун CDH4 и PHF3 — кофактора транскрипции — приводил к существенному повышению экспрессии CD33 — маркера миелоидных клеток. При этом такого ответа на нокдаун CDH4 и PHF3 не наблюдалось в линии лейкемии, не обладающей гибридным MLL/AF4.

Для более подробного описания влияния нокдауна CDH4 и PHF3 на экспрессию генов и организацию хроматина ученые провели РНК секвенирование, ATAC-секвенирование и иммунопреципитацию хроматина с последующим секвенированием. Анализ показал, что нокдаун CDH4 приводит к образованию новых участков открытого хроматина, а нокдаун PHF3 — к образованию новых и закрытию старых участков открытого хроматина.

Наконец, ученые охарактеризовали процесс смены фенотипа. Исследование показало, что мутации в CDH4 и PHF3 являются одними из первых изменений, происходящих при смене линий, а также то, что AML-популяции могут происходить от лимфоидных клеток на разных стадиях дифференцировки.

Ученые считают, что новые данные о механизмах смены линий MLL/AF4-лейкемии могут служить базой для разработки терапевтических стратегий, позволяющих предотвращать изменение фенотипа и ассоциированные с ним трудности в лечении.

Персонализированный подход к лечению острого миелоидного лейкоза эффективнее стандартной терапии

Источник:

Ricky Tirtakusuma, et al. Epigenetic regulator genes direct lineage switching in MLL/AF4 leukemia // Blood, Volume 140, Issue 17, pp. 1875-1890, published October 27, 2022. DOI: 10.1182/blood.2021015036

Добавить в избранное