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造血和恶性血液病中辅因子和转录因子的相互作用

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发表时间:2021-01-20 14:31作者:武汉新启迪Xinqidibio

摘要

造血需要在每个发育阶段对基因表达进行微调调节。基因转录调控不仅涉及单个转录因子(TFs),而且涉及转录复合物(TCS),包括转录因子和多亚单位协同因子。在正常成分中,tcs负责基因表达的谱系特异性模式,并确保在造血过程中产生正确比例的单个细胞系。整合翻译后和构象修饰的染色质景观,核小体,组蛋白和相互作用的成分,通过辅因子-TF相互作用是最优的TF活性的关键。辅助因子基因的突变或易位有望改变辅助因子-TF的相互作用,这可能是导致各种血液学疾病发生的原因。通过靶向异常复合物中的辅助因子来阻断血液学疾病中的TF致癌活性是一种令人兴奋的治疗策略。本文综述了辅助因子-TF在生理造血中相互作用的模型和功能,并着重阐述了它们在恶性血液病病因学中的意义。本文对转录机制在血液系统中的生理和病理意义进行了深入的探讨。

导言

造血是一个复杂的层次分化过程,涉及造血干细胞(HSCs)和祖细胞(HPC)的产生和分化为终末分化的细胞。对造血细胞的谱系承诺需要通过激活谱系特异性转录程序并同时抑制与早期多能状态或替代谱系相关的程序,对谱系特异性基因表达模式进行精细调节。造血转录因子(TFs)与调控元件直接结合,通过与辅因子(coactivator和copresator)和基础转录机制形成转录复合物(Tcs),以一种上下文依赖的方式,优雅地调控基因的表达。TCS参与转录的多个步骤,包括前起始复合物(PIC)形成、后招募过程、DNA环形成、转录起始和延伸。1TCS的正常成分和功能是维持HSC自我更新和正常造血,防止恶性转化的关键。

在TCS中,辅助性因子通过“读取”染色质景观或准备结合位点,在调节TF活性方面发挥着关键作用。辅助性因子以酶或非酶的方式发挥作用。一般情况下,非酶辅助因子包括TBP相关因子(TAFs)和中介因子(MEDS).酶辅助因子可分为组蛋白去乙酰化酶(HDAC)、组蛋白乙酰转移酶(HAT)、组蛋白甲基转移酶(HMT)、组蛋白脱甲基酶(HDT)和ATP依赖的染色质重构辅助因子两大类:(1)组蛋白修饰辅助因子,包括组蛋白去乙酰化酶(HDAC)、组蛋白乙酰转移酶(HAT)、组蛋白甲基转移酶(HMT)和组蛋白脱甲基酶(HDT);

正常的辅助因子-TF相互作用或相互作用涉及造血的多方面,如干细胞维持和血统承诺。外显子和全基因组测序揭示了一些特定的突变或易位,这些突变或易位可能在辅助因子中产生得失功能。通过异常表达或活动而解除对辅助因子的管制,会破坏正常的辅因子-TF相互作用或促进致癌TCS的形成,从而扰乱基因调控网络。因此,辅助因子是肿瘤基因组改变的常见靶点。近年来,我们对TFs和染色质景观是如何控制基因表达的,已经有了相当多的了解。现在,人们的注意力转向理解这些调控层之间的动态和多方面的相互作用,以及它们如何合作来确定对细胞信号的基因表达反应。在这里,我们提供了独特的洞察之间的相互作用的TFs和辅助性因素,以及如何失调的相互作用导致异常的转录调控程序。我们还总结了血液病中与遗传病和辅助因子靶向抑制剂相关频率较高的辅助因子。

TBP相关因素

RNA聚合酶II(POLII)启动转录需要一般的TF TFIID来组装POLII的PIC。TAFs作为TFIID的组成部分,通过与转活化剂和/或核心启动子序列进行直接和选择性的相互作用来促进PIC的组装,从而在含TATA和TATA无启动子识别中发挥作用。2造血因子GATA 1、EKLF和NF-E2通过与TAFs的相互作用与TFIID有关。TAF/TF相互作用对含TAF复合物的占用率的动态变化至关重要。例如,TAF 10和GATA 1相互作用介导了两个含TAF 10的复合物(TFIID和SAGA)向GATA 1应答启动子和GATA 1位点本身在小鼠胎儿红系细胞中的募集。由于它们的结合减少,这些复合物在成体红系细胞中同一位点的富集明显减少。TAF 10在胎儿红系细胞中的消融导致红细胞发生阻滞,GATA 1及其下游基因表达下调,提示TAF的基因失活可能具有靶向作用于它们相互作用的TFs的效应。3在某些情况下,TAF和TF的相互作用在很大程度上取决于基因启动子的结构。例如,在红系分化过程中,TAF 9与EKLF相互作用,在功能上加重EKLF介导的β-珠蛋白的转录激活,在此过程中TAF 9被下游启动子元件(DPE)以EKLF依赖的方式发生。但是,AHSP基因不含DPE,虽然依赖EKLF进行转录,但不需要TAF 9。4具体来说,由β地中海贫血引起的突变阻断taf9-β-珠蛋白的相互作用,导致启动子活性降低,提示在造血基因上恢复tf复合物的占据可能是正常造血的关键。4(无花果)1)。此外,TAF 9蛋白修饰的调控对TFIID复合物的稳定性具有重要意义。在人CD 34中+HDAC 1对TAF 9的脱乙酰化作用是TFIID复合物向PU.1启动子募集的必要条件。在红细胞发生时,灭活的HDAC 1位于沉默的PU.1启动子上,阻止TAF9-TFIID复合物的形成,从而导致PU.1转录抑制。5(无花果)1).

图1

含TAF的TCS对基因转录调控模式的研究。更深入地了解TAFs作为连接转录复合物和DNA的辅助因子的功能重要性。此外,一个转录复合物中的其他辅助因子可能通过调节TAFs间接影响基因转录。aTAF 9作为转录因子EKLF的一个组成部分,为转录因子EKLF的合成提供了一个平台,特别是在含有启动子(INI)和DPE盒(即β-珠蛋白启动子)的启动子上。在疾病条件下,β地中海贫血引起的跨结合区突变破坏转录复合物的形成,从而普遍抑制转录效率。bTAF 9的DNA结合能力和活性取决于其乙酰化水平。在红细胞生成过程中,由于hdac 1相关的去乙酰化酶活性下降,TAF 9乙酰化作用逐渐增强,从而导致TFIID复合物的断裂和转录抑制。

TAFs可指导原癌融合TFs定位于启动子位点。在inv(16)急性髓系白血病(AML)中,cbfβ-MYH 11/RUNX 1复合物与TAF相互作用,并占据与造血干细胞自我更新相关的基因组区域,如TBP和RNAPⅡ。6TAF/TF相互作用区域或启动子识别域可能为阻断异常转录程序提供治疗靶点。事实上,缺乏TAF的NF-E2130-相互作用域失去支持增强子依赖的转录的能力珠蛋白基因。7靶向TAF 1溴域与抑制剂BAY-299通过影响GATA 1和MYC转录程序在K 562细胞中产生抗增殖作用。8此外,TAF 12在与TAF 4的异二聚体中,与MYB的反式激活域相互作用,支持MYB的转录激活,保护其免受蛋白酶体介导的蛋白质降解。肽对TAF 12/MYB相互作用的干扰影响了小鼠的MYB活性,导致AML的消退。9

调解员

介体是一种大的高分子复合物,充当增强子结合的TFs和RNA POLⅡ之间的分子桥梁,从而促进PIC的组装。MED 1/TRAP 220亚基与GATA 1、核激素受体和IKAROS相互作用,与MED 12、Med13、CDK 8和Cyclin C组成的激酶模块可逆地结合在一起,构成四个独立的模块,其中头部、中部和尾部模块与激酶模块可逆地结合在一起,MED 1/TRAP 220亚基通过与GATA 1、核激素受体和IKAROS的相互作用参与多个造血系。MED 1基因敲除小鼠在红细胞发育过程中表现出一种特殊的阻滞,缺乏β-珠蛋白基因表达,但在髓系或淋巴发育中不表达,提示MED 1具有世系特异性功能。10在红细胞发生中,MED 1与GATA 1的N端锌指相互作用,形成GATA1-MED1-Med17-POLⅡ复合物,这对GATA-1介导的转活化至关重要。11MED 1通过与核受体维生素D受体(VDR)和维甲酸受体(RAR)的相互作用,分别参与了HPC向单核和髓系分化的过程。12此外,基质细胞中的MED 1通过上调VDR介导和Runx 2介导的骨桥蛋白启动子的转录,在支持造血干和/或祖细胞(HSPC)生长中发挥重要作用。13在B细胞分化前,IKAROS在MED 1、PAX 5、EBF 1和IRF 4等其他B细胞主调节因子的配合下,定义了一组超增强子(SE),其染色质环境高度宽松,支持关键的B-B细胞分化基因的转录。14

MED 12对TFs与调解员复合物的相互作用有很大的贡献。在HSCs中,MED 12与RUNX 1、GATA 2和FL1共同定位,与额外的辅助因子(如P 300、LMO 2和TAL 1)协同作用,维持造血基因活性。MED 12缺失导致H3K27Ac增强子缺失,造血特异性转录程序失败。15MED 12突变与造血异常有关。例如,MED 12功能突变的缺失导致Cyclin C-CDK 8/19与核心介质的分离,通过激活Notch信号,导致慢性淋巴细胞白血病(CLL)的发病。16有趣的是,与HSPC中MED 12相互作用的几个辅助因子在白血病和淋巴瘤中也经常发生突变,包括P 300/CBP、KMT2D、WDR 5和KMD6A,17,18,19提示MED 12依赖增强剂调节的改变可能是一个潜在的致病因素。在斑马鱼,Keightley等人。在MED 12中发现了一个V1046D突变,它可以在不影响红细胞系的情况下引起骨髓发生缺陷,这可能是由myc基因转录缺陷所介导的。20

介导激酶CDK 8及其类似物CDK 19是介导细胞发育和致癌信号转导的主要途径。CDK 8/19已被确定为一些信托基金的共同因素,如c-jun,21Tcf/lef/β-catenin,22斯米德23HIF1a,24和NF-κB。25CDK 8/19-靶向底物磷酸化影响TF活性和家族控制的TFs的转录。例如,CDK 8抑制剂通过降低AP-1转录复合物c-Jun亚基的磷酸化,增强人和小鼠原代巨噬细胞和树突状细胞(DC)天然免疫激活过程中IL-10的产生。21CDK 8/19还可抑制CD 14+相关单核细胞(包括肿瘤抑制因子IRF 1、IRF 8、CEBPA和ETV 6)中SE相关家族控制的TFs的基因表达,CDK 8/19的激酶活性可作为治疗AML的药物靶点。26

药物参与通路反应基因的转录.例如,MAPK/ERK通路依赖的过程对T细胞的发育至关重要。T细胞缺乏尾模蛋白Med23不能有效地填充外周淋巴器官。Med23缺失胸腺细胞显示MAPK应答的TFs、MEF 2和KLF 2的表达降低。27在T细胞和MEFs中,Med23通过协同激活MEF 2调控T细胞转录因子KLF 2的转录。27此外,中介分子的各个亚单位与不同的转录调节剂相互作用,有选择地微调特定信号通路的调控。例如,ARC/Med6复合物通过与Smad 2/3-Smad 4复合物结合,将转化生长因子β/Activin/Nodal/Smad 2/3信号转导到转录激活。23此外,β-catenin的反活化结构域与介导子中的MED 12亚基相互作用,并通过激活复合物激活Wnt应答基因的转录。28CDK 8还通过磷酸化/抑制β介导的转录负调节因子E2F1来刺激Wnt/β-catenin信号转导。22溴域和外生蛋白(BET)抑制剂被认为适用于靶向Med介导的恶性肿瘤。在这方面,BET蛋白BRD 4和中介复合物是连接的协同激活剂,维持MYB特异性转录激活以维持AML。BET抑制剂JQ 1通过释放AML基因组中的复合物发挥抗白血病作用。29(无花果)2).

图2

调控正常和恶性造血的调节剂依赖性增强子的模式。一般而言,Mediator作为一个大的辅助激活复合物,将增强子-定位的TFs招募到启动子,其中一些中介模块成员与附加的转录辅助因子合作,以维持必需的造血基因的活性增强子。药物的得失、突变可导致恶性造血。到目前为止,还没有开发针对药物或其突变位点的药物。此外,溴域和外星(BET)蛋白(如BRD 4)至少部分地通过与中介复合物相互作用来调节其下游目标基因,并被认为是溴域抑制剂治疗MED介导的恶性肿瘤的靶点。aMED 12在维持H3K27Ac水平中的增强子特异性作用,通过与P 300的合作,维持造血促进剂如c-kit基因的活性状态。MED 12缺失导致HSC基因增强子H3K27Ac丢失,造血特异性转录程序失败和HSC凋亡。bBRD 4和Mediator可以相互稳定白血病基因(AML)中由乙酰化核小体结合的顺式元件的占用率,通过促进P-TEFb的合成,促进POLⅡ的转录延伸。BET溴结构域抑制剂JQ 1引起白血病基因组中介导因子的大量释放,导致白血病基因转录抑制。

染色质重塑复合物

CRCs是一种ATP酶/螺旋酶依赖的重塑酶,作为“分子马达”,将ATP水解与组蛋白-DNA接触对单个核小体核心粒子的扰动结合起来。作为多亚基转录机制,它们对许多造血基因的转录是必不可少的。1还有无花果。3).

表1正常和恶性造血细胞中TAFs、介体和染色质重塑相关辅助因子的转录复合物及其功能
图3

染色质重构复合物(CRCs)通过与TFs的相互作用参与恶性造血。在许多情况下,CRCs对白血病相关和融合TFs的致癌功能是不可缺少的,因为它们的多亚基特性和/或其他转录复合物(如多梳抑制复合物)的合成。除了重塑组蛋白-DNA相互作用,表观遗传亚单位赋予CRCs通过影响组蛋白修饰或DNA甲基化水平来调节基因组中调控区域活动的能力。在此基础上,提出了以下两种治疗策略:(1)通过改变DNA甲基化水平或靶向致癌TFs来释放或过渡CRC的占用。(2)靶向CRCs与致癌TFs的相互作用。aBRG1-SWI/SNF复合物与BRD 4共同促进了MYC基因的超增强子(BRD 4-依赖性MYC增强子)活性。用CBFβ-SMMHC融合蛋白抑制剂治疗后,BRG1-SWI/SNF复合物被RUNX 1-中华人民共和国抑制性复合物所取代,从而抑制了其转录程序。b在AML中,Smarca 5/Snf2-CCCTC结合因子(CTCF)复合物在PU.1基因上的结合由于DNA甲基化而被阻断。经AZA介导的DNA去甲基化处理后,将Smarca 5/Snf2h复合物引入PU.1基因增强子,阻断其表达。c在APL中,PML-RARα融合蛋白与抑癌基因RARβ2结合,并与肿瘤抑制基因RARβ2结合,形成新的NRD、PRC 2复合物和DNA甲基转移酶3a(DNMT3a),进而导致染色质紧实和启动子沉默。d致癌TF SAL 4至少部分地通过通过新的NuRD/HDAC复合物抑制PTEN基因的表达来促进白血病的发生。破坏SALL 4和NuRD/HDAC复合物的相互作用可以逆转PTEN基因的抑制,降低肿瘤细胞的存活率。

Swi/SNF建筑群

人SWI/SNF复合物是蛋白质的异质混合物(2 MDA)由12-15个亚基组成,根据其是否含有两种ATP酶(BRG 1或hBRM)中的一种,可分为两大类。Swi/SNF复合物通过与造血因子EKLF的关联参与红系和髓系的发育,30伊卡罗斯31GATA 1,32RUNX 1,33ATF 334和C/EBPβ35(表)1)。不同的配合物组成对SWI/SNF配合物具有不同的作用。例如,在红血球细胞中,SWI/SNF相关的EKLF共激活物重构复合物1(E-RC1)对EKLF表现出功能选择性,并通过干扰启动子上的核小体来促进EKLF依赖的人β-珠蛋白的转录。在复合物中,BAF 57亚基对染色质重塑和EKLF转录至关重要。36,37一个Ikaros-SWI/SNF复合物被称为Pyr复合体,在人类γ-珠蛋白和β-珠蛋白位点之间广泛地留下了一个富含嘧啶的元素。Pyr复合物还含有NuRD/Mi-2复合物亚基,这些亚基可能会赋予Pyr复合物核小体重塑和HDAC活性,从而抑制γ-珠蛋白基因并通过允许tfs(如EKLF)进入成人来促进珠蛋白的转换。珠蛋白基因。38

虽然SWI/SNF复合物可以拮抗染色质介导的抑制,但它们也可以与基因子集上的编码子结合,从而导致转录抑制。例如,BRG 1作为GATA-1-scl/TAL 1复合物的一个组成部分,该复合物通过募集编码子mSin3A和HDAC 2以及降低启动子处组蛋白H3和H4乙酰化来抑制红系祖细胞中蛋白4.2的转录。39此外,SWI/SNF复合物组分可以被TFs不同地吸收,在同一启动子上激活或抑制。例如,在基础条件下的原发性T淋巴细胞中,hBRM是由天然STAT 1招募到的干扰素γ激活序列(GAS)中。HSP 90αMSin3/HDAC密码子复合物中的基因。IFNγ刺激hBRM后,hBRM被p 300乙酰化,并与降压复合物分离,使STAT 1磷酸化,使BRG 1进入GAS,导致基因转录升高。40一些SWI/SNF亚单位在造血中起着特殊的作用。例如,BCL11A对于正常的HSC功能是必不可少的。BCL11A缺乏症导致HSC缺陷,CDK 6表达降低,导致HSC表型老化,细胞周期延迟。41BCL11A也是正常淋巴生成所必需的。BCL11A突变胚胎缺乏B细胞和下游TFs、EBF 1和Pax5的表达,并在几种类型的T细胞中有改变。42Bcl11b直接作用于Gfi1上游,维持其在成熟的2型固有淋巴样细胞中的表达。43此外,BRG 1通过STAT 6和NFAT对Th2位点控制区(LCR)进行转录调控,从而调节Th2的分化和Th2细胞因子的转录。44在髓系分化过程中,RUNX 1与BRG 1和INI 1亚基相互作用,支持SWI/SNF复合物与RUNX 1相关的靶基因结合,并产生活性组蛋白修饰。33C/EBP、β和hBRM之间的相互作用对激活髓系是必不可少的。MIM-1Hd3红系细胞中的基因。35在巨噬细胞分化过程中,ATF-3与BRG 1和β-actin共同激活SLC11A1启动子,启动Z-DNA的形成。34BAF60B通过向中性粒细胞颗粒基因启动子募集CEBPε来调控中性粒细胞的分化。有BAF60B缺陷造血细胞的成年小鼠发展为骨髓增生异常和过多的细胞。45此外,抑制ACTL6A通过减少NB4和HL-60细胞与TF Sox 2的相互作用,促进NB4和HL-60细胞的粒细胞分化。46

肿瘤基因组测序显示SWI/SNF亚基在血液恶性肿瘤中突变频率最高(约20%)。灭活突变BRG 1/SMARCA 4, SNF5/SMARCB1, BCL11B,和BAF复合亚基SMARCA 2ARID1A在白血病中流行。BRG 1的存在对白血病细胞的致癌Myc表达至关重要,因为它能维持TF在关键Myc促进剂中的占位,并能与Myc启动子进行长距离的染色质循环相互作用。值得注意的是,这些Myc增强子与大约3%的AML中的一个区域一致。BRD 9还支持AML细胞的增殖和未分化的细胞状态,通过其溴结构域维持增强子介导的Myc表达,介导乙酰赖氨酸组蛋白H3的识别。BRD 9溴结构域的抑制选择性地抑制人AML细胞的增殖。这些发现定义了SWI/snf的白血病维持功能,它与增强子介导的基因调控有关。47,48,49(无花果)3)。除了纯合子失活外,SWI/SNF亚基的染色体易位和单倍体功能也与白血病有关。例如,BCL11B易位t(5;14)(q35;q32.2)存在于20-25%的儿童和高达5%的成人T-ALL中,并定义了这种恶性肿瘤的一个分子子集。50%的T细胞原淋巴细胞白血病在22q11,即SNF5。此外,有条件删除SNF5小鼠T细胞淋巴瘤潜伏期短,外显率100%。50一般来说,影响SWI/SNF亚基的特定突变或易位可能产生功能增益特性,从而产生致癌的SWI/SNF复合物。相反,某些SWI/SNF亚单位的失活或丢失可能影响TF的活动,51全球组蛋白修饰52或者合作的途径,53导致恶性造血。

ISWI复合体

模拟开关(ISWI)是一种进化保守的CRC,包含Snf2h/SMARCA 5或Snf 2l/SMARCA 1为ATP酶亚基,与滑动区(SAT-like ISWI)相邻的C端SANT结构域(SAT-like ISWI)共同构成核小体识别模块。ISWI通过催化核小体间距和滑动反应来介导DNA的可达性,而不取代DNA中的组蛋白八聚体。在哺乳动物中,介绍了七种不同的ISWI复合体,包括RSF、ACF/WCRF、CHRAC、WICH、NORC、CERF和NuRF。其中,NURF和CERF配合物中存在Snf_2l,在CHRAC、NORC、ACF、RSF和WICH配合物中发现Snf_2h。到目前为止,除了Snf2h外,这个复合物的其他成分在造血中的身份仍然是未知的。Zikmund等人发现Snf2h通过引导DN3期早期分化程序的转录来调节小鼠早期T细胞的发育,而Snf2h缺乏则通过激活DNA损伤反应导致胸腺细胞增殖和存活缺陷。54Snf2h在最终HSCs的成熟和红细胞生成的完成中也起着不可或缺的作用。Snf2h在哺乳动物早期HSCs和增殖祖细胞中大量表达,而在红系终末分化过程中其表达水平下降。55小鼠Snf2h基因敲除可使胎肝内的最终造血功能消失,导致E18.5的贫血和致死性。抑制Snf2h水平显著抑制细胞因子诱导的人CD 34+祖细胞的促红细胞生成和红系祖细胞的增殖。56Snf2h的原发性红系祖细胞缺陷主要表现为最终造血发生减慢和嗜碱性红细胞成熟缺陷,表现为GATA-1表达降低和血红蛋白转换缺陷。57有趣的是,Snf2h在小鼠前红细胞/嗜碱性红细胞Mel细胞中与GATA-1相互作用,提示Snf2h和GATA 1可能在红系分化中起协同作用。58此外,Dluhosova等人。研究发现,在正常髓系细胞中,Snf 2小时与凝血素复合物的结合促进cccc结合因子(Ctcf)与印迹控制区(Icr)的结合。H19/Igf 2基因和PU.1基因的上游调控元件(URE),其中Snf2h作为增强子阻断辅因子调节CTCF的转录结果。59

CD 34+AML祖细胞中也有Snf2h表达上调。在完全血液学缓解后,Snf2h水平降低,提示Snf2h的过度表达可能导致正常分化所需的遗传程序失调。55此外,Snf2h/CTCF结合位点在PU.1AML中基因甲基化,抑制了Snf2h/CTCF的结合。5-氮胞苷(AZA)去甲基化后,Snf2h/CTCF占位部分恢复,PU.1表达下降,髓系分化,提示Snf2h/CTCF复合物的募集和占据对正常骨髓形成至关重要。59(无花果)3).

NuRD/MI-2配合物

NuRD/Mi-2复合物是一种多功能表观遗传调节剂,含有ATP酶/螺旋酶Mi-2、HDAC-1/2、转移相关蛋白1-3、甲基结合蛋白3(MBD 3)和视网膜母细胞瘤相关蛋白46和48(RbAp46/48)。NuRD/MI-2复合物本身就是一个更大的蛋白质复合物的一部分,称为MeCP 1复合物。后者包含额外的组件Mbd 2、p66和p68。60NuRD/MI-2主要作为核抑制复合物,通过核小体滑动和HDAC活性的耦合作用诱导染色质致密化,并与甲基化DNA结合。它还能激活特定位点的基因转录。例如,GATA-1通过辅助因子雾-1与NuRD/MeCP 1/HDAC 1复合物相互作用。这种复合物广泛地占据GATA-1/FOG 1激活的基因(即,β-珠蛋白阿赫斯)和GATA-1/FOG 1-抑制基因(即,Gata-2,γ-globin,C-myc, C-试剂盒,和HES 1)在红系细胞和巨核细胞(MK)中,视转录和细胞背景而定。61NuRD配合物与其它辅助因子组分的正常配合对TCS的功能起着至关重要的作用。例如,FOG 1增强GATA-1诱导转录的能力需要NuRD结合.缺失NuRD结合的NURD结合模块中含有三个相邻点突变(R3G、R4G和K5A)的敲入小鼠表现为血小板减少和贫血伴脾肿大和髓外造血。61此外,携带破坏FOG 1/NuRD相互作用的小鼠(Fogki/KI)生产Fogki/KI中医及Fogki/KIMEP在体外培养Mast细胞(MCs)和其他髓系细胞的同时,使MKs和红血球集落的数量明显减少,同时保持分化为Mast细胞(MCs)和其他髓系细胞的多系能力。特别是在早期红系分化过程中,GATA-2和非Meg/E基因沉默需要NuRD/MeCP 1复合物,提示FOG 1/NuRD相互作用不仅是促红细胞生成和巨核造血所必需的,而且还与抑制可选谱系的选择有关。62

NuRD/MI-2复合物参与调节B细胞和T细胞的分化.在B系规范和承诺之前,mbd 2/nuRD复合物抑制B细胞特异性转录。MB-1Mi-2β主要结构域与MB-1启动子染色质与Mbd 2与甲基化启动子CPGS的结合。63具体来说,SWI/SNF和NuRD/MI-2复合物的作用相对于启用或限制激活MB-1在B细胞发育过程中由TFs、EBF和Pax5启动子,提示NuRD/MI-2复合物通过维持转录激活的高阈值而起到守门人的作用。64MBD 3/NuRD复合物通过限制EBF 1的转录活性来控制B和T系的命运,并阻止B细胞承诺相关的转录程序。65此外,早期胸腺T细胞祖细胞中MTA 3的缺失导致未成熟胸腺细胞代偿性增生和T细胞淋巴瘤的发生。65MTA 3与bcl-6的转录抑制区相互作用,bcl-6依赖于转录抑制。它们之间的相互作用受bcl-6乙酰化的调节.烟酸酰胺抑制NAD依赖的脱乙酰化,导致内源性bcl-6乙酰化形式的积累,使其与MTA 3的相互作用减弱。在人血浆细胞系中上调bcl-6和TA 3表达B淋巴细胞的早期标记,66提示MTA3-BCL6复合物在B细胞命运测定中具有重要作用。MTA 2是骨髓和脾脏B细胞成熟的关键。机械地,AIOLOS/IKAROS招募MTA 2/NuRD复合物来抑制预bcr基因,例如Igll 1VpreB 1,通过对H3K27乙酰化的调节作用于前B细胞。MTA 2还与OCA-B合作,通过抑制前B细胞向未成熟B细胞的转化而调节B细胞向未成熟B细胞的转化。Igll 1VpreB 1基因。67

ATP酶/螺旋酶Mi-2β在T细胞的发育过程中起着重要的作用,包括双阴性(DN)向双阳性(DP)转变、CD4的发育表达和成熟T细胞的增殖。68在分化DP胸腺细胞时,Mi-2β通过募集p 300和E盒结合蛋白Heb激活CD4的表达,从而导致该调控区组蛋白H3的过度乙酰化。68NuRD/MI-2β可以以特定阶段的方式测定TFs的转录活性。Naito等人发现在DN胸腺细胞中,与CD4消声器结合的Ikaros通过与HDACs及相关染色质重塑复合物(如SWI-SNF复合物)的相互作用,参与其抑制作用。在DP胸腺细胞中,Mi-2β和Ikaros与CD4消声器的同时结合,通过HATS(MOZ和TAFII 250)的激活而拮抗Ikaros的抑制活性,从而实现CD4的表达。这一案例表明,功能上对立的染色质调控机制之间的相互作用是基因在谱系确定过程中的重要调控机制。69有趣的是,在T细胞中,大多数Ikaros存在于Mi-2/NuRD复合体中。一小部分Ikaros与SWI/SNF结合在一个独特的复合体中。在细胞周期中,Ikaros/Mi-2/NuRD和Ikaros/SWI/SNF的位置存在差异,表明一个TF可以以上下文依赖的方式靶向不同的转录机制。70此外,TFs的修饰状态可能通过招募不同的辅助因子组分而影响TC的活性。例如,在最初的CD4+T细胞激活过程中,PKC介导的bcl11B磷酸化将bcl11B从抑制器切换到IL-2基因通过干扰BCL11B与MTA/NuRD复合物的相互作用和招募p 300。71

NuRD复合体在白细胞发生中起着关键作用(图1)。3)。在apl中,融合蛋白pml-rarα与目标基因(如肿瘤抑制基因)结合并重新启动NuRD复合物。RARβ2,这允许招募多梳抑制复合体2(PRC 2)和DNMT3a,导致启动子沉默。NuRD复合物的敲除不仅可以阻止组蛋白的去乙酰化和染色质的致密化,而且还会影响DNA和组蛋白甲基化,从而促进细胞分化。72,73此外,干细胞因子SALL 4通过将NuRD/HDAC复合物招募到PTENSALL 1促进和抑制他们的表达。靶向性AML可以通过阻断SALL 4与NuRD/HDAC复合物之间的相互作用来实现。因此,NuRD/MI-2复合物的酶促组分可能为药理操作提供新的靶点。74NuRD复合体组成的改变也有助于白细胞的发生。Biswas等人发现mdd 3缺陷以特定位点的方式减轻hdac 1相关的转录抑制,进而导致kdm 6a、h3k27Ac和cbp的占用率增加,从而导致第5/8号文件RAC GTPase程序在AML细胞中的表达和维持。75

组蛋白修饰辅助因子

组蛋白修饰辅助因子是一种表观遗传酶,它从它们修饰的组蛋白中添加或去除化学残留物。一般来说,HATS将乙酰基从乙酰辅酶A转移到组蛋白赖氨酸残基上,从而打开染色质,允许基因转录,而HDACs则通过去乙酰化组蛋白尾巴上的赖氨酸残基来抑制基因表达。组蛋白甲基化是赖氨酸或精氨酸残基甲基化。甲基标记是由被称为“作家”的HMT创造的,并由组蛋白去甲基化酶(称为“橡皮擦”)去除。

组蛋白乙酰转移酶

HATS通常存在于多蛋白复合物中,它们执行乙酰化程序,不仅乙酰化组蛋白尾部,而且还激活非组蛋白,从而调节TC DNA结合或转录活性。例如,在真核细胞中,CBP/p 300是由基础转录装置(TFIIB、TBP和POLΙΙ)、特异性TFs、乙酰转移酶(PCAF、GCN5)和其他辅激活物复合物(ARC等)组成的多蛋白复合物的组成部分。76CBP/p 300作为一种重要的辅助激活因子,在几乎所有的造血系中都与大量的TFs相联系。在茎/多能祖细胞中,CBP/p 300介导的GATA-2乙酰化增强其DNA结合和转活化活性,抑制GATA-2介导的生长抑制。77此外,GATA2-CBP复合物诱导GATA 2阳性自我调节。78在提交的祖细胞/分化细胞中,GATA2-CBP复合物的GATA 1依赖性位移参与GATA开关。78在红系细胞分化后,包括EKLF,79GATA 1,80NF-E2,81以及SCL/Tall,82与CBP/p 300或p 300/CBP相关因子(P/CAF)通过调节促红细胞生成珠蛋白基因表达有些TFs本身受CBP/p 300或P/CaF乙酰化的影响,从而增加TF的转录活性。83或dna结合活性82,84在某些情况下,选择性地稳定或不稳定TF相关的CRCs.82CBP/P 300在建立淋巴和髓系分化中的重要作用是通过它们与包括RUNX 1/AML 1在内的TFs的相互作用来支持的。85PAX 5,86C/EBPβ,87BCL11B,88下注,89C-Myb,90BCL-6,91以及ETS家族(ETS-1和PU.1)。92,93由于它们对CBP/p 300酶活性的调节,这些TFs对髓系特异性或淋巴特异性基因的转录至关重要。例如,NF-E2、C/EBPβ和PU.1已被证明能抑制93或便利86,87,94CBP/p 300介导的核小体HAT活性。

赖氨酸乙酰化异常与恶性造血有关,缺乏P 300和/或CBP的小鼠表现出较高的恶性血液病发病率,包括组织细胞肉瘤、髓细胞白血病和淋巴细胞白血病。突变CBPP 300非霍奇金淋巴瘤的基因已经被发现,并且所有的病人都复发了.95这些突变通常影响HAT结构域,降低CBP乙酰转移酶活性,从而导致组蛋白乙酰化受损和靶基因表达降低。在这种情况下,CBP/P 300的重新激活已经成为一种潜在的治疗策略。96一些致癌TFs,如C-MYB、EVI 1、E1A和E2A,依赖于CBP或P 300发挥其转化活性。84,97,98,99染色体易位引起的含HAT融合蛋白(CBP-Moz、CBP-MLL、CBP-Morf、Moz-TIF 2和Moz-p 300)也参与了白血病的发生.CBP融合产生强大的染色质修饰活性,通过促进基因组区组蛋白乙酰化而导致转录去调控。Moz融合通过解除moz调控的靶基因表达而抑制髓系祖细胞的分化、增殖和自我更新。100此外,部分癌融合蛋白通过招募HATS来发挥其功能(见图)。4)。例如,在t(8;21)AML中,p 300乙酰化AML1-ETO并增强其转录激活,从而增强HSPC的白细胞原性。抑制P 300可逆转AML1-ETO的乙酰化和白血病的转化。101在APL和AML中,AML1-ETO和PML-RARα显示相似的结合位点,两者在可访问的p 300结合位点上都形成低乙酰化染色质环境,提示HATS的染色质修饰特性可以用来预测融合蛋白结合位点。101,102,103

图4

HAT/HDAC复合物的异常募集是白血病发生的一般机制之一。染色质的可及性在造血过程中对细胞类型特异性基因的表达起着重要的调节作用,但也被认为是白细胞发生过程中的异常调控。致癌TF或融合蛋白结合出现在可接近的染色质区,伴随着协激活剂(CoA)或辅抑制子(COR)复合物的异常重新聚集,从而影响组蛋白修饰模式,改变染色质结构,从而促进DNA的可及性。此外,在某些情况下,HATS/HDACs通过调节其乙酰化水平,对白血病TFs或融合蛋白的最佳致癌活性至关重要。因此,破坏表观遗传环境与致癌TFs或融合蛋白的平衡相互作用可能是一种治疗策略。a上面面板上,含有P 300的CoA复合物通过乙酰化AML1-ETO融合促进HSPC的转录激活和组蛋白H3,从而促进HSPC的自我更新和白细胞发生。bAML1-ETO融合物由核受体核心抑制因子(N-COR)、HDAC 1、SIN 3转录调节剂家族成员A(MSin3A)和DNA甲基转移酶1(DNMT 1)组成,通过酶解组蛋白去乙酰化、DNA甲基化和形成抑制染色质结构来抑制基因转录。c在APL细胞中,PML-RARα融合形成寡聚体,通过COR-HDAC复合物与DNA结合,导致组蛋白去乙酰化和H3K27/H3K9甲基化,从而产生一个浓缩的染色质结构,抑制靶基因的转录。而全反式维甲酸(RA)或三氧化二砷(ATO)介导pml-rarα的降解,由rarα/rxr异二聚体所取代,并将cor hdac转化为coA-hat复合物,重新激活基因转录并恢复分化。

组蛋白脱乙酰酶

HDACs与多种TFs一起广泛参与了各种造血系的发育。例如,在HSC中,HDAC 3与Ncor2合作,通过调节FOS启动子的乙酰化水平来抑制FOS-纯素级联,从而刺激HSC的形成。104HDA 3还能直接与GATA 2相互作用,通过改变GATA 2在HPC中的乙酰化状态,抑制GATA 2依赖的靶基因。105在粒细胞-单核细胞系中,HDAC 4通过降低组蛋白3和STAT 6的乙酰化以及Arg 1的转录激活,促进单核细胞和CD8α(+)的常规DC分化。106HDAC 1和HDAC 7通过与MEF2A/D异二聚体的相互作用参与巨噬细胞的分化,从而抑制c-JunE。107Src激酶介导的RUNX 1磷酸化使RUNX 1与HDAC 1/HDAC 3的相互作用减弱,这与DNA亲和力的增强和造粒诱导有关。108此外,RUNX 1和PU.1与ETO2-SIN3A-HDAC 2抑制剂复合物相互作用,共同激活M-CSFR和GM-CSFR的表达,从而控制粒细胞单核细胞的发育和活化。109在红细胞谱系上,EKLF可诱导HDAC 1/Sin3A抑制未分化的EBHX11L细胞β-珠蛋白的表达,而该复合物在EBHX11L细胞向原始红系表型分化过程中可转化为EKLF-p300/CBP-SWI/SNF复合物,促进β-珠蛋白的表达。110包含hdac的tcs也参与了γ-globin到β-globin切换,并强调hdac与珠蛋白基因转换可能提供干预的分子靶点。β-珠蛋白基因失调。111Ⅱ类HDACs在细胞质和细胞核之间穿行TFs,在红细胞发生过程中起着至关重要的作用。例如,虽然HDAC 5不具有去乙酰化酶活性,但它可以通过形成一个红系特异的hdac复合物,将GATA 1和EKLF从细胞质传递到细胞核。112在淋巴细胞谱系中,HDAC 3是前B细胞STAT5a-LSD1复合物的一个组成部分,它在基于蛋白质相互作用、基因组结合定位和结合亲和力的基础上决定STAT5a靶向基因的激活或抑制起双重作用。113在成熟的B细胞中,Bach 2通过去乙酰化组蛋白H3-K9来激活HDAC-NCoR 1/NCoR2-Rif1复合物来抑制Prdm 1的转录,从而阻碍B细胞向浆细胞的终末分化。114此外,HDAC 7在亲B细胞中与MEF2C有特异性的相互作用,HDAC7-MEF2C复合物参与沉默谱系不当基因,确保B细胞正确的分化。115,116

HDACs是白血病融合蛋白最佳致癌活性的关键。4)。例如,AML1-ETO和RARα-PLZF通过HDAC 1/3的合成而引起造血分化基因的转录抑制,从而对白血病的发生起重要作用。117,118与不同HDACs的相互作用赋予TFs不同的功能。例如,在B细胞非霍奇金淋巴瘤(B-NHL)中,HDAC9-BCL6复合物的异常表达与淋巴管生成有关.119在滤泡性淋巴瘤(FL)和弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)中,CBP突变使HDAC9-BCL6复合物的乙酰化失效,导致BCL6-SMRT-HDAC 3复合物在B细胞免疫应答基因增强子处的去乙酰化作用,从而促进淋巴再生。120在miR-155诱导的前B细胞白血病/淋巴瘤中,BCL 6复合物中的HDAC 4在抑制白血病的发生中起着重要的作用。121

组蛋白甲基转移酶

组蛋白甲基化信号是造血的重要调控机制。在HSCs中,许多参与多个家系分化的基因被二价标记标记H3K27me3和活性标记H3K4me2和H3K4me3标记所标记。这些原始细胞中的许多特定谱系基因具有不同的组蛋白修饰模式,表明特定的表观遗传组合为这些基因的选择性表达或在谱系承诺过程中沉默做准备。

HMT通过以下多层机制参与造血调控。(1)细胞发育阶段对TF甲基化的特异性调控。例如,RUNX 1在髓系分化时由PRMT 1甲基化,而在HSPC中由PRMT 4甲基化。前者阻止RUNX 1与SIN3A密码子的结合,并作为RUNX 1依赖转录的辅激活物发挥作用。122后者通过组装一种抑制RUNX 1靶基因的甲基-RUNX 1依赖的抑制剂复合物来阻止髓系分化。123(2)通过含HMT的TCS对组蛋白标记进行特异性修饰。在巨核/红系祖细胞中,RUNX1-PRMT6-Sin3A-HDAC复合物对巨核细胞分化基因的二价组蛋白标记有影响。在巨核细胞分化后,与RUNX 1辅激活物交换。124(3)通过蛋白酶体介导的降解调节TF的表达。例如,MLL通过掩盖RUNX 1-蛋白酶体相互作用域,可能通过甲基化赖氨酸残基来稳定泛素-蛋白酶体介导的RUNX 1/AML 1的降解。在MDS和AML中,RUNX 1 N端突变的一个子集破坏了其与MLL的相互作用,导致PU.1调控区内H3K4me3标记丢失,PU.1表达降低。125(4)HMT与其它TCS的串扰。例如,已发现PRMT 4与Mi2α/NuRD串话,126Swi/SNF和中介复合物调节造血信号。127PRMT 1与RBM 15上E3连接酶CNOT 4的串扰控制部分造血因子的RNA剪接。128

肿瘤融合TFs异常募集HMTs到关键造血基因是转录去调控的关键。H3K4甲基转移酶活性所需的SET结构域在MLL融合中不断丢失,通常通过与HAT/HMT替代酶通过伙伴蛋白相互作用而得到补偿。例如,MLL-EEN融合蛋白通过在MLL靶点引入异常的H4R3me2来诱导cbp和prm 1诱导原代髓系祖细胞的转化。霍克斯基因座。129此外,MLL融合伙伴,如AF4、AF9、AF10和ENL与DOT1L结合,导致H3K79me2激活,DOT1L被加入POLⅡ延伸复合物,并维持开放染色质状态。130在MLL-AF9靶基因上,DOT1L的吸收减少导致H3K79me2和H3K79me3的差异丢失。130有趣的是,PRDM 16通过激活gfi1b来特异性地抑制MLL融合蛋白诱导的白细胞生成,而gfi1b又抑制hoxa基因簇。131(无花果)5)。因此,甲基转移酶可能是表观遗传治疗的有前途的靶点。132尤其是,解除对H3K27甲基化的管制与肿瘤的发生有关。在FL、生发中心B细胞淋巴瘤、MDS和AML中发现H3K27甲基转移酶EZH 2的功能增益突变或上调。EZH 2抑制剂3-deazaneplanocinA(DZNep)选择性诱导多种血液恶性肿瘤细胞凋亡,促进K 562细胞红系分化。133

图5

HMT/HDT在TCS中的调控机制与恶性造血的发病机制和治疗密切相关。HMTs和HDTS在多种恶性血液病中反复变异或异常表达。它们在转录复合物中对组蛋白和非组蛋白的内在活性对正常和恶性造血的表观遗传控制至关重要,可被药物干预或参与药物治疗。a混合系白血病(MLL)-AF9融合白血病左面板。MLL-AF9招募DOT1L,一种组蛋白3赖氨酸79甲基转移酶(H3K79me1/me2/ME3),通过H3K79二甲基化导致造血转化,导致HOXA 9和Meis 1等基因的异常转录。组蛋白H3K4甲基转移酶(组蛋白H3K4甲基转移酶)是DOT1L的拮抗剂,它激活Gfi1b介导的基因转录,进而下调Hoxa基因簇。然而,在MLL-AF9白血病中,DNA甲基化始终抑制PRDM 16的表达。与DOT1L类似,H3K9me2/ME1脱甲基酶JMJD1C通过影响MYB、MYC和HOXA9-Meis 1基因表达程序,促进MLL-AF9白血病的维持,提示不同类型的HMTs和/或含有HDT的TCS可以调节单个基因。b生长因子独立1(GFI 1)是启动内皮-造血转换(EHT)的关键,因为它被LSD 1-核心抑制复合物(LSD 1)所激活,从而使内皮程序沉默,并允许HSCs的出现。LSD 1抑制剂对GFI1-LSD 1抑制复合物的破坏或分离可诱导某些亚型AML的分化。cUTX是TAL 1的辅助激活因子,由于它通过H3K27me3去甲基化促进靶基因位点的开放染色质结构,对TAL 1阳性细胞的白血病维持至关重要。一种基于UTX抑制的治疗方法是通过下调TAL 1白血病基因表达程序来诱导细胞死亡。dUTX是RA诱导白血病细胞分化的重要介质.Ra处理导致抑制性标记的协同清除,多梳组蛋白的移位,激活标记的沉积。Ra通过招募NCoA 6、UTX和ASH2L促进RAR靶基因的激活,同时伴有H3K27的去甲基化和H3K4的三甲基化。

组蛋白去甲基酶

HDTS主要分为两个家族:LSD家族(LSD1-2)和JmjC家族(KDM2-7)。LSD家族含有Flavin腺嘌呤二核苷酸依赖的单胺氧化酶,清除H3K4和H3K9残基的甲基标记。JmjC家族含有Fe(II)依赖性和α-戊二酸双加氧酶,根据JmjC结构域的结构,进一步将其分为H3K4-、H3K9-、H3K27-或H3K36-去甲基化活性基团。

HDTS通过HDT-TF相互作用,广泛参与从胚胎到成人的造血分化.例如,LSD 1对ETV 2成血管细胞中的基因是内皮细胞启动造血转分化(EHT)的关键。134在HSPC中,SALL 4动态控制LSD 1与造血调节基因的结合,LSD 1通过影响局部染色质结构参与抑制SAL 4的作用。135具体来说,LSD 1/Corest复合物的血统限制的部署控制了造血分化。例如,GFI 1招募LSD 1/COREST复合物,通过表观基因沉默造血内皮细胞中的内皮程序,并允许产生HSCs。136在红细胞发生过程中,小鼠胚胎发育完全沉默需要LSD 1/corest-bcl11A复合物。β样珠蛋白基因与人类γ-珠蛋白成体红系细胞中的基因。137

TF-HDT的相互作用是多方面的.HDTS作为相互作用的辅助因子,一般起着致癌TCS的协同激活作用。例如,UTX是TAL 1的辅助激活因子,它在TAL 1靶位点去除H3K27me,从而使TAL 1介导的白血病程序激活。138JMJD1C作为AML1-ETO复合物的辅助激活剂,通过维持低的H3K9me2水平来驱动白血病程序。139JMJD1C也是MLL-AF9驱动和HOXA 9驱动的白血病干细胞(LSC)功能的重要介质。5)。JMJD1C的丢失显著降低MLL-AF9和HOXA 9/Meis 1白血病的LSC频率。140在这方面,一些与致癌TFs结合的HDTS被认为是药物靶点(如图所示)。5)。例如,ZEB2-LSD 1相互作用对高ZEB 2水平的T细胞生存至关重要,而T细胞对LSD 1抑制剂敏感。141此外,还开发了一些抑制剂来干扰LSD1-GFI 1/COREST复合物的功能,包括阻断其支架和酶功能,或从GFI 1抑制剂复合物中置换LSD 1。142,143然而,TF-HDT相互作用受蛋白质修饰的调节.Li等人发现PKA介导的TAL 1丝氨酸172磷酸化通过动态合成LSD 1复合物调控靶基因的转录,而LSD 1复合物是造血祖细胞分化和白细胞发生所必需的。144此外,在许多情况下,辅助性因素可以同时影响致癌因子和抑癌程序。145具体来说,TFs和辅助因子通过调节循环相互调节彼此的表达水平。例如,ARID5B和TAL 1不仅对彼此的转录有积极的调控作用,而且还能协同调控TAL 1的靶基因,从而促进T细胞白血病的发生。146此外,辅助因子之间的相互作用在TCS的最优活性中起着关键作用。例如,JMJD1B具有组蛋白H3K9me1/2脱甲基酶活性,并通过与CBP的协同作用诱导白血病LMO 2的表达。147

HDTS与药物反应有关。5)。例如,在APL中,UTX-NCoA6-ASH2L-PML/RARα复合物通过H3K4甲基化、H3K27去甲基化和随后的RAR靶基因转录激活对APL细胞分化至关重要。148同样,PHF 8作为一种辅助激活剂,被RARα融合物招募,以激活其下游靶点的表达。PHF 8的强制表达使ATRA耐药的APL细胞重新敏感。149相反,TFs也参与HDT抑制剂的抗白血病作用。关于这个问题,Cusan等人。结果显示,由C/EBP、α和PU.1调控的髓样TF网络的形成介导了LSD 1抑制剂的抗白血病活性。C/EBP、α和PU.1在LSD 1抑制剂诱导的动态位点上的干扰使AML细胞对LSD 1抑制的抗性增强。150


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