表观遗传修饰(epigenetic modification) 是指基于非基因序列改变所致基因表达水平的变化，如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化、RNA相关性沉默等。近年来大量的研究表明表观遗传学改变与细胞的生长、分化、凋亡、转化及许多疾病的发生发展都密切相关，尤其是在肿瘤的发生过程中扮演着重要的角色。
急性单核细胞白血病（AML-M5）属于造血系统恶性肿瘤，表现为骨髓和外周血原始和幼稚单核细胞增多，其临床进程凶险，患者易发生髓外浸润，3年平均无病生存率仅有25％，且复发率高。因而寻找特异性的生物学标志和治疗手段，改善该型白血病疗效，是目前亟待解决的问题之一。
上海血液学研究所所长陈赛娟院士实验室一直致力于白血病的诊断、分型、治疗和预后研究，许多重要实验成果已经发表在Science等国际权威杂志。该实验室最近通过对急性单核细胞白血病样本的筛查，发现DNMT3A（DNA甲基化相关基因）存在高频突变现象。进一步研究发现DNMT3A突变会降低其编码的酶活性，并且通过DNA甲基化芯片技术（MeDIP-chip）和表达谱芯片技术证实了DNMT3A突变对DNA甲基化模式和基因表达具有重要影响，为研究DNMT3A在M5亚型急性单核细胞白血病中的功能机制提供了线索。该实验室还通过将DNMT3A突变与临床病理指标进行联合数据分析，发现DNMT3A可以作为一种新的分子标志，用于M5型白血病的预后预测。这些研究成果已经发表在Nature Genetics杂志上。
图1为本次研究的实验思路及技术线路图（其中甲基化芯片实验由康成生物完成）。首先研究者通过全外显子组捕获和第二代测序技术，获得了9例AML－M5患者白血病细胞的全基因组外显子的序列信息，检测到累计63个基因突变。进而通过更大量白血病样本（103例）和正常人样本（509例）的验证，发现 DNA甲基转移酶3A的编码基因——DNMT3A在M5型白血病中突变率高达20．5％。
研究者抓住这一重要发现，进一步研究了该突变基因的功能。他们通过对突变基因转录活性分析、蛋白质结构-功能分析、酶活性测定以及细胞增殖实验，证实该基因突变位点编码的氨基酸位于蛋白质的重要功能域，影响了蛋白质的正常功能，从而赋予细胞恶性增殖和转化的能力。
图1. 实验思路及技术线路图。
研究者进而利用DNA甲基化芯片技术（MeDIP-chip）和表达谱芯片技术等手段，进一步探索DNMT3A突变对整个基因组的影响。通过Roche Nimblegen的超高密度甲基化芯片（2.1M Deluxe promoter array）筛查，实验结果详见表格1、2及图2（芯片实验与数据分析在康成生物完成），发现3237个基因在DNMT3A突变样本中发生了甲基化水平的改变，结合深入数据分析，包括Wnt、TGF-beta等经典的肿瘤相关通路在突变样本中发生了显著变化。这些发现为研究DNMT3A在M5亚型急性单核细胞白血病中的功能机制提供了非常重要的线索。
表1. DNMT3A突变标本与非突变标本中发生甲基化改变的基因统计。
表2. DNMT3A突变标本与非突变标本中差异甲基化基因的详细信息（部分结果）。
图2. DNMT3A突变标本与非突变标本中差异甲基化基因的信号通路分析结果。
研究者还发现M5型白血病中已知的另外一种发生频率较高的MLL基因（也是一种表观遗传相关基因）异常与DNMT3A突变很少在同一患者中出现，两种基因突变率总计占M5型白血病患者的40％，因此可用于对M5型白血病的分型。
另外，通过和一些临床指标（白细胞增多、骨髓形态学、发病年龄、预后生存时间、治疗失败时间等）的关联分析，发现存在DNMT3A突变的患者治疗效果差，完全缓解率低，患者的平均生存期通常只有7个月，而无此突变的患者平均生存期则可达到约19.5个月；治疗失败时间DNMT3A突变携带者为2个月，无突变患者为13个月。提示在今后的治疗中对携带此基因突变的患者可能需要采取更为积极有效的治疗方案。
这篇文章所报道的研究成果具有重要的生物学意义和临床应用价值：揭示了 DNMT3A突变在白血病中的潜在致病作用，为白血病的预后预测和个体化治疗提供了新的分子标志，同时也为其治疗提供了新的分子靶标。另外在机理上不仅将肿瘤发生中的两种重要机制——基因突变和表观遗传学联系在一起；同时将两种表观遗传学的调节形式联系在一起，两者很可能通过共同的通路在白血病发生中起作用，提示肿瘤的发病机制在本质上是“殊途同归”的，这为白血病分子机制的探索开拓了又一新的道路。
附本次研究中康成生物提供MeDIP-chip服务所使用的Roche Nimblegen甲基化芯片详细信息。
|
产品目录号 |
产品名称 |
物种 |
芯片格式 |
探针解析度 |
|
05463173001 |
HG18 DNA Meth 2.1MDeluxe |
Human |
1 x 2.1M |
覆盖31548个启动子，上游7.25kb至下游3.25kb，以及28226个CpG islands，475个miRNA（上游15kb至转录本末） |
希望了解康成生物甲基化芯片服务的更多信息可登陆网站：
http://www.kangchen.com.cn/service/servicemain.asp?id=77
参考文献：
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