Nature Genetics最新發(fā)表應(yīng)用甲基化芯片研究白血病文章
                                                                             ——康成生物提供技術(shù)服務(wù)

    表觀遺傳修飾(epigenetic modification) 是指基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平的變化，如DNA甲基化、組蛋白乙�；�和甲基化、RNA相關(guān)性沉默等。近年來大量的研究表明表觀遺傳學(xué)改變與細(xì)胞的生長、分化、凋亡、轉(zhuǎn)化及許多疾病的發(fā)生發(fā)展都密切相關(guān)，尤其是在腫瘤的發(fā)生過程中扮演著重要的角色。

    急性單核細(xì)胞白血�。ˋML-M5）屬于造血系統(tǒng)惡性腫瘤，表現(xiàn)為骨髓和外周血原始和幼稚單核細(xì)胞增多，其臨床進(jìn)程兇險，患者易發(fā)生髓外浸潤，3年平均無病生存率僅有25％，且復(fù)發(fā)率高。因而尋找特異性的生物學(xué)標(biāo)志和治療手段，改善該型白血病療效，是目前亟待解決的問題之一。

    上海血液學(xué)研究所所長陳賽娟院士實驗室一直致力于白血病的診斷、分型、治療和預(yù)后研究，許多重要實驗成果已經(jīng)發(fā)表在Science等國際權(quán)威雜志。該實驗室最近通過對急性單核細(xì)胞白血病樣本的篩查，發(fā)現(xiàn)DNMT3A（DNA甲基化相關(guān)基因）存在高頻突變現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DNMT3A突變會降低其編碼的酶活性，并且通過DNA甲基化芯片技術(shù)（MeDIP-chip）和表達(dá)譜芯片技術(shù)證實了DNMT3A突變對DNA甲基化模式和基因表達(dá)具有重要影響，為研究DNMT3A在M5亞型急性單核細(xì)胞白血病中的功能機(jī)制提供了線索。該實驗室還通過將DNMT3A突變與臨床病理指標(biāo)進(jìn)行聯(lián)合數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)DNMT3A可以作為一種新的分子標(biāo)志，用于M5型白血病的預(yù)后預(yù)測。這些研究成果已經(jīng)發(fā)表在Nature Genetics雜志上。

    圖1為本次研究的實驗思路及技術(shù)線路圖（其中甲基化芯片實驗由完成）。首先研究者通過全外顯子組捕獲和第二代測序技術(shù)，獲得了9例AML－M5患者白血病細(xì)胞的全基因組外顯子的序列信息，檢測到累計63個基因突變。進(jìn)而通過更大量白血病樣本（103例）和正常人樣本（509例）的驗證，發(fā)現(xiàn)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A的編碼基因——DNMT3A在M5型白血病中突變率高達(dá)20．5％。

研究者抓住這一重要發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步研究了該突變基因的功能。他們通過對突變基因轉(zhuǎn)錄活性分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)-功能分析、酶活性測定以及細(xì)胞增殖實驗，證實該基因突變位點編碼的氨基酸位于蛋白質(zhì)的重要功能域，影響了蛋白質(zhì)的正常功能，從而賦予細(xì)胞惡性增殖和轉(zhuǎn)化的能力。

                                                             圖1. 實驗思路及技術(shù)線路圖。
研究者進(jìn)而利用DNA甲基化芯片技術(shù)（MeDIP-chip）和表達(dá)譜芯片技術(shù)等手段，進(jìn)一步探索DNMT3A突變對整個基因組的影響。通過Roche Nimblegen的超高密度甲基化芯片（2.1MDeluxe promoter array）篩查，實驗結(jié)果詳見表格1、2及圖2（芯片實驗與數(shù)據(jù)分析在康成生物完成），發(fā)現(xiàn)3237個基因在DNMT3A突變樣本中發(fā)生了甲基化水平的改變，結(jié)合深入數(shù)據(jù)分析，包括Wnt、TGF-beta等經(jīng)典的腫瘤相關(guān)通路在突變樣本中發(fā)生了顯著變化。這些發(fā)現(xiàn)為研究DNMT3A在M5亞型急性單核細(xì)胞白血病中的功能機(jī)制提供了非常重要的線索。
表1. DNMT3A突變標(biāo)本與非突變標(biāo)本中發(fā)生甲基化改變的基因統(tǒng)計。

 
表2. DNMT3A突變標(biāo)本與非突變標(biāo)本中差異甲基化基因的詳細(xì)信息（部分結(jié)果）。

圖2. DNMT3A突變標(biāo)本與非突變標(biāo)本中差異甲基化基因的信號通路分析結(jié)果。
      研究者還發(fā)現(xiàn)M5型白血病中已知的另外一種發(fā)生頻率較高的MLL基因（也是一種表觀遺傳相關(guān)基因）異常與DNMT3A突變很少在同一患者中出現(xiàn)，兩種基因突變率總計占M5型白血病患者的40％，因此可用于對M5型白血病的分型。
      另外，通過和一些臨床指標(biāo)（白細(xì)胞增多、骨髓形態(tài)學(xué)、發(fā)病年齡、預(yù)后生存時間、治療失敗時間等）的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)存在DNMT3A突變的患者治療效果差，完全緩解率低，患者的平均生存期通常只有7個月，而無此突變的患者平均生存期則可達(dá)到約19.5個月；治療失敗時間DNMT3A突變攜帶者為2個月，無突變患者為13個月。提示在今后的治療中對攜帶此基因突變的患者可能需要采取更為積極有效的治療方案。
      這篇文章所報道的研究成果具有重要的生物學(xué)意義和臨床應(yīng)用價值：揭示了DNMT3A突變在白血病中的潛在致病作用，為白血病的預(yù)后預(yù)測和個體化治療提供了新的分子標(biāo)志，同時也為其治療提供了新的分子靶標(biāo)。另外在機(jī)理上不僅將腫瘤發(fā)生中的兩種重要機(jī)制——基因突變和表觀遺傳學(xué)聯(lián)系在一起；同時將兩種表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)形式聯(lián)系在一起，兩者很可能通過共同的通路在白血病發(fā)生中起作用，提示腫瘤的發(fā)病機(jī)制在本質(zhì)上是“殊途同歸”的，這為白血病分子機(jī)制的探索開拓了又一新的道路。

附本次研究中康成生物提供MeDIP-chip服務(wù)所使用的Roche Nimblegen甲基化芯片詳細(xì)信息。

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參考文獻(xiàn)：
1. Exome sequencing identifies somatic mutations of DNA methyltransferase gene DNMT3A in acute monocytic leukemia. Xiao-Jing Yan, et al., 2011, Nature Genetics
2. Arsenic Trioxide Controls the Fate of the PML-RAR Oncoprotein by Directly Binding PML. Xiao-Wei Zhang, Xiao-Jing Yan, et al., 2010, Science