Nature | RNA剪接和表觀調控的協同變化驅動白血病的發生

撰文 | 章台柳責編 | 兮轉錄和pre-mRNA剪接是控制基因表達的重要步驟，參與轉錄和RNA剪接的調控因子發生突變在腫瘤發生過程中非常普遍。如剪接體組分SRSF2的第95位脯氨酸突變就是髓系惡性腫瘤中最常見的一種，該突變可改變SRSF2與RNA的結合狀態【1】。雖然影響白血病表觀調控和剪接過程的突變經常同時出現，但兩者如何促進白血病的發生目前尚不清楚。2019年10月3日，來自美國斯隆凱特林紀念癌症中心的Omar Abdel-Wahab在Nature雜誌上發表文章Coordinated alterations in RNA splicing and epigenetic regulation drive leukaemogenesis，鑒定出急性淋巴白血病中IDH2和SRSF2的突變經常同時出現，兩者協同調控表觀遺傳組和RNA剪接促進白血病生成。IDH2和SRSF2雙突變導致致死性骨髓增生異常，且具有增強的自我更新特徵。IDH2或SRSF2單突變導致不同的剪接變化，但雙突變能夠改變SRSF2單突變的剪接調控，導致更顯著的剪接變化。雙突變細胞顯示出整合素組分INTS3基因的異常剪接和表達降低，進而促進白血病生成。機制上，INTS3的異常剪接依賴於SRSF2突變體與INTS3 mRNA上順式作用元件的結合，和INTS3的DNA甲基化增多，並伴隨著Pol II在INTS3啟動子區域的增加。

研究人員首先對TCGA資料庫中179名急性髓系白血病人（acute myeloid leukaemia，AML）的RNA-seq數據進行分析，檢測其剪接體基因的變化。其中19名病人中發生SRSF2突變，導致異常剪接，比例達到11%，說明在TCGA庫的AML隊列中，SRSF2是最常見的突變基因。而47%的SRSF2突變病人同時有IDH2突變，56%的IDH2突變病人同時有SRSF2突變。IDH2和SRSF2突變的高度相關性在Beat AML研究（498名病人）和Leucegene研究（263名病人）中同樣觀測到。那麼，IDH2和SRSF2雙突變的存在對白血病生成有何影響？移植實驗顯示，與IDH2單突變相比，在IDH2突變細胞中過表達SRSF2突變體能增加細胞比例，且導致小鼠發生致死性骨髓增生異常綜合征（MDS），表現出全血細胞減少、髓樣發育不良、未成熟骨髓祖細胞擴增和脾腫大等特徵。而且雙突變細胞能夠在半致死劑量異塵餘生的條件下連續移植。研究人員進一步利用基因敲入小鼠進行移植，發現非競爭性移植中，雙突變細胞能夠穩定地移植，同時顯示出致死性MDS，顯著縮短生存期；競爭性移植中，SRSF2突變導致自我更新能力損傷，IDH2進一步突變則能夠挽救。總之，IDH2和SRSF2突變能夠協同促進白血病生成。IDH2和SRSF2雙突變如何促進白血病的生成？研究人員綜合分析TCGA、Beat AML、Leucegene等隊列和敲入小鼠的RNA-seq數據，發現與SRSF2單突變相比，雙突變細胞含有更多的異常剪接；IDH2突變導致一小部分但可重複的RNA剪接變化；SRSF2突變導致的剪接變化主要涉及到外顯子剪接過程。其中雙突變細胞中INTS3發生異常剪接，包括兩個連續內含子的保留盒外顯子的跳過，導致INTS3蛋白顯著降低。在IDH2突變中下調INTS3表達增強細胞的克隆形成能力，導致小鼠表現出髓樣異常、貧血和血小板減少，並發展出具有增殖特徵的致死性MDS。過表達INTS3減少細胞的克隆形成能力，增加RN2細胞的分化，減緩白血病的進程。此外，INTS3異常剪接在IDH2-SRSF2雙突變中最為突出，而且其在其他分子亞型的AML中也普遍存在，但不存在於健康個體或其他癌症類型中。但IDH2突變如何通過影響表觀遺傳對剪接進行調控？剪接位點的選擇性受到RNA結合蛋白作用的反式作用元件和Pol II延伸的影響，而這兩者受到DNA甲基化和組蛋白修飾的調控【2】。研究人員以INTS3為對象進行研究，INTS3的外顯子4上具有預測的SRSF2結合位點，突變後則內含子保留剪接消失，即SRSF2突變驅動INTS3的內含子保留，而IDH突變進一步上調內含子保留事件。IDH2突變促進DNA甲基化，DNA甲基化調控剪接【2】。IDH單突變和IDH-SRSF2雙突變的AML病人中RNA異常剪接的區域都處於高度甲基化的狀態，即高度DNA甲基化的區域和RNA剪接變化的區域高度重疊，但基因組總體的甲基化狀態沒有顯著改變。在INTS3中突變DNA甲基化位點顯著抑製IDH2突變促進SRSF2突變介導的內含子保留。另一方面，檢測Pol II在基因組上的分布情況，發現SRSF2突變導致Pol II在啟動子區域暫停（promoter-proximal pausing）增加，在基因主體上分布減少；而雙突變則加劇這種情況。而且，SRSF2突變的AML中，Pol II在剪接變化的區域分布更多；雙突變則加劇。綜上，IDH2和SRSF2突變通過識別DNA高甲基化序列和改變Pol II協同調控RNA的剪接。總的來說，該研究在一種白血病亞型中鑒定出表觀遺傳的改變和RNA剪接間的病理性協同作用，提供了剪接因子突變能夠驅動髓系惡性腫瘤發展的證據，並鑒定出剪接變化是IDH2突變白血病發生的重要中介，為我們理解白血病的發生提供了新的視角。原文鏈接：

參考文獻

1.Kim, E. et al.SRSF2mutations contribute to myelodysplasia by mutant-specific effects on exon recognition.Cancer Cell27, 617–630 (2015).

2. Naftelberg,S.,Schor,I.E.,Ast,G.&Kornblihtt,A.R.Regulation of alternative splicing through coupling with transcription and chromatin structure.Annu. Rev. Biochem.84, 165–198 (2015).