Nature：何川/徐明江团队阐明TET2缺失导致转录增强与白血病发生的分子机制

硕博一线 · 公众号 · · 2024-10-02 23:37

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北京时间2024年10月2日23时，美国芝加哥大学 何川团队 与美国德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心 徐明江团队 等在 Nature 杂志上发表了题为“RNA m 5 C oxidation by TET2 regulates chromatin state and leukaemogenesis”的论文，报道了TET2双加氧酶对染色质相关RNA（caRNA）5-甲基胞嘧啶（m 5 C）的氧化作用调控染色质的分子机制。

芝加哥大学博士生 邹钟毓 、已出站博士后 豆晓阳 （现为中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员）,、德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心研究员李莹为本文的共同第一作者。 徐明江 教授与何川教授为本文的通讯作者。

哺乳动物细胞的染色质状态由可逆的表观遗传调控控制，包括对组蛋白、DNA 和 RNA 的化学修饰。Ten-eleven translocation (TET) 酶（TET1、TET2 和 TET3）已被证明可以氧化哺乳动物DNA上最常见的修饰5-甲基胞嘧啶（5mC），最终导致5mC 去甲基化。与TET1和TET3不同，TET2独特之处在于其不与CXXC DNA结合结构域共价连接，并且在癌症中，尤其是血液恶性肿瘤中经常发生改变。人们往往在多种TET2缺失系统中观察到广泛的DNA低甲基化和染色质激活。TET2失活细胞中的活跃转录与其作为抑癌基因的性质一致，但与其DNA 5mC氧化的功能——即应该导致基因激活的功能相反。

近期有大量工作发现，染色质相关调控RNA（carRNA）上的N 6 -甲基腺苷（m 6 A）修饰作为RNA标记，在小鼠胚胎干细胞中调控全局和局部染色质状态[1-3]。在m 6 A的情况中，METTL3作为writer，RNA结合蛋白如YTHDC1和RBFOX2作为reader，而FTO作为eraser，可以对染色质开放性以及转录进行调控。TET2已知能够在与PSPC1结合时与RNA结合，并介导RNA 5-甲基胞嘧啶（m 5 C）的氧化[4]。因此，作者猜测TET2可能通过影响carRNA 上的m 5 C，以与m 6 A类似的方式影响染色质开放性。

通过对染色质相关RNA进行质谱以及测序分析，作者发现TET2 氧化染色质相关RNA上的m 5 C为hm 5 C。逆转录转座子RNA，长末端重复序列（LTR）中的IAP，是TET2在小鼠胚胎干细胞、小鼠造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中的主要底物。TET2失活导致小鼠胚胎干细胞中出现全局DNA低甲基化。TET2 敲除的小鼠胚胎干细胞中的低甲基化DNA区域与TET2（与PSPC1结合的部分）的RNA结合模式高度重叠，但与其DNA结合（与CXXC5的部分）无关。

作者分析了 Tet2 KO细胞中DNA 5mC的变化。DNA 5mC升高的位点主要集中在增强子（enhancer）和CXXC4/5结合区域附近，这一点与它对DNA 5mC的氧化功能一致。而更广泛的DNA 5mC降低的位点，显著地富集在组蛋白 H2A 第 119 位赖氨酸单泛素化（H2AK119ub）的位置和H2AK119ub的去泛素化酶BAP1的染色质结合位点。BAP1是多聚梳抑制性去泛素化酶复合物（PR-DUB）中的主要成分，其还包括ASXL1-3，KDM1B和MBD5/6这些别的蛋白组分。其中MBD5/6都具备甲基化CpG结合域（MBD），并且已知它们并不和DNA结合。TET2 介导的RNA m 5 C 氧化削弱了 MBD6 与 LTR RNA 的结合，抑制 H2AK119ub 去泛素化，并介导局部染色质抑制。敲低 MBD6 或主要m 5 C writer NSUN2 能够恢复由于 TET2 丢失引起的染色质开放和转录激活。

TET2缺失导致的小鼠造血祖细胞/干细胞（hematopoietic progenitor and stem cells, HSPCs）异常自我更新和偏倚分化是导致白血病发生的主要机制 [5]。 Mbd6 敲低，反义寡核苷酸（antisense oligo, ASO）对IAP的封闭，或者dCas13对IAP的选择性氧化都能够逆转 Tet2 KO导致的HSPC自我更新和偏倚分化等缺陷。

同时， TET2 突变的人类白血病细胞对该 NSUN2-carRNA m 5 C-MBD6轴的失活尤其敏感。在一系列白血病细胞中，在 TET2 突变的SKM-1细胞中对MBD6的敲低导致了最明显的生长抑制。作者们进一步构建了 TET2 KO的K-562（慢性髓性白血病）和THP-1（急性单核细胞白血病）模型，并且在体外和小鼠模型中分别验证了 MBD6 敲低能够对 TET2 KO细胞造成更明显的生长抑制。同样的，在白血病细胞系中， TET2 缺失会导致caRNA中逆转座子表达变高，此效果同样会被 MBD6 敲低逆转。

虽然TET1和TET3是公认的DNA 5mC氧化酶，但TET2可以通过与CXXC4/5 结合在增强子区域主要介导DNA氧化，以及通过与PSPC1结合氧化重复RNA 的RNA。本文作者的研究发现表明，TET2介导的染色质相关RNA m 5 C氧化，而非DNA氧化，在TET2缺失引发的转录激活和白血病发生中起着主导作用。作者们还确定了MBD6作为新的药物靶点，其抑制作用能够逆转TET2失活导致的分化阻滞，并对TET2突变白血病表现出高度有效的增殖抑制。