越來(lái)越多的研究表明，遺傳性胚系突變和體細(xì)胞基因突變都可能促進(jìn)白血病的發(fā)生發(fā)展。體細(xì)胞基因畸變，包括突變、重排、插入和缺失等，已經(jīng)被證明能夠通過(guò)顯著促進(jìn)白血病前造血細(xì)胞的生存和增殖來(lái)驅(qū)動(dòng)白血病的發(fā)生。然而，遺傳性白血病的風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其是那些在內(nèi)含子或者基因間位點(diǎn)的非編碼變異的在白血病發(fā)生發(fā)展中的作用，卻沒(méi)有得到充分的研究。盡管全基因組關(guān)聯(lián)性研究（GWAS）已經(jīng)確定了超過(guò)14個(gè)基因的常見(jiàn)變異與急性淋巴性白血病易感相關(guān)，但這些研究很少對(duì)分子機(jī)制進(jìn)行研究。究其原因，大多數(shù)與疾病或性狀相關(guān)的基因突變都定位于基因組的非編碼區(qū)域，如如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和沉默子等。這些部位的遺傳突變通過(guò)調(diào)節(jié)局部或遠(yuǎn)端的基因轉(zhuǎn)錄，從而在疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。但是，由于增強(qiáng)子可以在遠(yuǎn)至100萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的上游或者下游，通過(guò)染色質(zhì)環(huán)與目標(biāo)基因相互作用，因此，如何確定目標(biāo)基因成為研究非編碼調(diào)控元件的主要挑戰(zhàn)。

2022年2月3日，來(lái)自美國(guó)St. Jude兒童醫(yī)院的楊俊教授團(tuán)隊(duì)和西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院的岳峰教授團(tuán)隊(duì)，合作在Nature Genetics線上發(fā)表題為“Noncoding genetic variation in GATA3 increases acute lymphoblastic leukemia risk through local and global changes in chromatin conformation”的文章，通過(guò)整合5008個(gè)急性淋巴性白血病人的靶向測(cè)序（targeted sequencing）結(jié)果，利用染色質(zhì)構(gòu)象捕獲（Hi-C）等表觀基因組學(xué)技術(shù)手段，系統(tǒng)地研究了費(fèi)城樣急性淋巴細(xì)胞白血病（Ph-like ALL）中GATA3基因的變異，并揭示了其中非編碼區(qū)致病變異（causal variant）是如何通過(guò)影響染色質(zhì)的三維構(gòu)象，從而改變細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和促進(jìn)疾病產(chǎn)生的。

楊俊教授團(tuán)隊(duì)早在2013年的一篇Nature Genetics文章中就報(bào)道了位于GATA3基因內(nèi)含子中的一些變異跟Ph-like ALL的疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，每個(gè)拷貝的GATA3風(fēng)險(xiǎn)等位堿基（risk allele）會(huì)將患Ph-like ALL的風(fēng)險(xiǎn)提高3.25倍，且多伴隨細(xì)胞因子受體樣因子-2（CRLF2）異常、JAK突變及IKZF1缺失，但是，其中能起決定作用的變異以及其對(duì)Ph-like ALL病理發(fā)生的貢獻(xiàn)機(jī)制并不清楚。

在剛發(fā)表的文章中，研究人員首先利用靶向測(cè)序的方法獲得了5008個(gè)ALL病人中rs3824462附近的序列，并鑒定出1048個(gè)遺傳變異，并確定在這個(gè)區(qū)域中，rs3824662遺傳變異和費(fèi)城樣急性淋巴細(xì)胞白血病的相關(guān)度最高。然后，通過(guò)CRISPR定點(diǎn)敲入技術(shù)，研究人員在人類淋巴母細(xì)胞細(xì)胞系GM12878中成功的將非風(fēng)險(xiǎn)性的C等位堿基替換成疾病相關(guān)的A等位變異，從而構(gòu)建了全基因組單堿基差異的雜合和純合淋巴細(xì)胞系。通過(guò)對(duì)野生和純合風(fēng)險(xiǎn)等位變異兩種淋巴細(xì)胞系的表觀遺傳組學(xué)和基因表達(dá)圖譜的分析，研究者發(fā)現(xiàn)，位于GATA3轉(zhuǎn)錄因子的第三個(gè)內(nèi)含子上的疾病相關(guān)A等位變異位于血液系統(tǒng)特異的增強(qiáng)子區(qū)域內(nèi)。該變異可以招募更多的NFIC轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在增強(qiáng)子上，從而導(dǎo)致該位點(diǎn)染色質(zhì)更加開(kāi)放，增強(qiáng)子的活性增高。

染色質(zhì)構(gòu)象捕獲實(shí)驗(yàn)（Hi-C）也證明該增強(qiáng)子能通過(guò)染色質(zhì)折疊的方式結(jié)合在GATA3基因的啟動(dòng)子附近，從而激活GATA3基因的高表達(dá)。GATA3是血液發(fā)育中重要的轉(zhuǎn)錄因子，其高表達(dá)后結(jié)合在基因組多個(gè)區(qū)域，導(dǎo)致了系統(tǒng)性的染色質(zhì)開(kāi)放，并引起了全基因組水平的染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)變化。這些變化直接或間接的激活Ph-like 相關(guān)癌基因的表達(dá)（比如SEMA6A和PON2）。這些在B細(xì)胞細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的疾病相關(guān)的A等位變異導(dǎo)致的染色質(zhì)修飾和結(jié)構(gòu)的變化，也在Ph-like ALL的病人樣品中得到了進(jìn)一步的確認(rèn)。例如CRLF2在50%的Ph-like ALL 病人中高表達(dá)，該研究發(fā)現(xiàn)，由疾病相關(guān)A等位變異導(dǎo)致GATA3轉(zhuǎn)錄水平升高后，更多的GATA3結(jié)合在CRLF2的啟動(dòng)子附近，導(dǎo)致了CRLF2基因的啟動(dòng)子結(jié)合到下游300 kb以外的一個(gè)超級(jí)增強(qiáng)子（super enhancer）上，從而導(dǎo)致了CRLF2基因的高表達(dá)。此外，研究人員也證明了GATA3的高表達(dá)和JAK2基因突變兩者共同作用可以直接在小鼠細(xì)胞系模型中誘導(dǎo)惡行轉(zhuǎn)化。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)rs3824662是一個(gè)與GATA3轉(zhuǎn)錄激活有關(guān)的順式作用增強(qiáng)子上的遺傳變異，它不僅導(dǎo)致GATA3在已有結(jié)合位點(diǎn)的占用率增加，還導(dǎo)致在全基因組水平上形成新的結(jié)合位點(diǎn)。這種全局性的染色質(zhì)狀態(tài)變化通過(guò)調(diào)節(jié)CRLF2信號(hào)傳導(dǎo)而促使Ph-like ALL的發(fā)生（圖一）。該研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的表觀基因組重編程可以影響致癌基因的活性，并可能是遺傳變異影響癌癥發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要機(jī)制。

圖一：rs3824662單堿基核苷酸變異誘導(dǎo)CRLF2表達(dá)的機(jī)制模式圖

美國(guó)St. Jude 兒童醫(yī)院的楊俊教授和西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院的岳峰教授為本文的通訊作者，西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院的研究助理教授楊紅波、美國(guó)St. Jude兒童醫(yī)院的博士后張輝（現(xiàn)任職國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心上海兒童醫(yī)學(xué)中心，zhang-hui@scmc.com.cn）和西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院博士后欒宇為本文的共同第一作者，西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院的博士后劉婷婷等也為本研究作出重要貢獻(xiàn)。第一作者楊紅波研究助理教授已于2021年9月加入復(fù)旦大學(xué)生殖與發(fā)育研究院建立新實(shí)驗(yàn)室，誠(chéng)招對(duì)人類疾病3D基因組學(xué)或表觀組學(xué)領(lǐng)域感興趣的博后及學(xué)生，有意者請(qǐng)聯(lián)系：hongboyang@fudan.edu.cn。

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原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41588-021-00993-x

責(zé)編 | 兮? BioArt

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Nat Genet | 杨俊/岳峰团队合作揭示GATA3的遗传性非编码变异增加儿童急性淋巴细胞白血病风险的新机制...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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