Nature | 超级增强子高突变可成为淋巴癌治疗靶点
原创 风不止步 图灵基因 2022-07-14 09:16 发表于江苏
收录于合集#前沿分子生物学机制
撰文：风不止步
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亮点：
文章表明活性超增强子在92%的弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）患者样本中高度特异性超突变，显示激活诱导的胞苷脱氨酶活性的特征，并与编码B细胞发育调节因子和癌基因的基因相关。
2022年7月6日，美国哥伦比亚大学的Laura Pasqualucci博士等人在《Nature》上发表了一篇“Super-enhancer hypermutation alters oncogene expression in B cell lymphoma”的文章，文章认为普遍存在的超增强子突变机制揭示一组主要的基因损伤，解除对基因表达的调控，扩大已知癌基因在DLBCL发病机制中的参与，并确定新的与治疗相关的解除调控的基因靶点。
弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL）是最常见的B细胞非霍奇金淋巴瘤，也是一个重大的临床挑战，因为约40%的患者无法通过可用的免疫化疗方案治愈。基因表达谱已经确定DLBCL的两个主要亚组起源于B细胞生理学不同阶段的生发中心B细胞样DLBCL（GCB-DLBCL）和预后较差的活化B细胞样DLBCL（ABC-DLBCL）。这些亚型与不同的遗传损伤和对化疗的不同反应有关，表明参与不同的致癌途径。基于同时发生的遗传改变的存在，通过识别几个遗传亚群，进一步完善DLBCL分类。单个DLBCL亚型与临床结果的相关性表明这种分类法具有临床相关性，但并非所有患者都可以分类，这些模式是基于编码区的分析，编码区仅占基因组的2-3%。因此，致病相关性的进一步遗传复杂性可能存在于基因组的非编码调控部分。
图1：SE在DLBCL中发生超突变。
新的证据表明，非编码区特别是那些参与转录调控的非编码区可反复突变，导致肿瘤发生功能性后果。在DLBCL中，NFKBIZ基因的3′非翻译区最近被确定为ABC-DLBCL中癌基因去调控和NF-κB激活的复发机制。此外，超过50%的DLBCL病例显示，由于激活诱导的胞苷脱氨酶（AID）的异常活性，活跃转录基因的5′序列中存在异常的体细胞过度突变。这种酶在生发中心（GC）反应期间负责免疫球蛋白（IG）可变区基因的体细胞过度突变。最近的证据表明，包括超增强子（SE）在内的非编码区可能在DLBCL中具有突变活性。
图 2：反复突变的SE与已知的B细胞癌基因有关。
文章描述了一种普遍存在的AID介导的SHM现象，其靶向DLBCL中的活性E/SE并劫持多个癌基因的转录控制。先前研究表明，在小鼠和少数DLBCL人类病例中AID介导SE超突变。与这些研究相比，本文提供DLBCL中SE-SHM的范围和肿瘤特异性的全面图片，并为该现象的功能后果和致癌作用提供证据。
首先，虽然通过AID靶向SE可以发生在正常的GC B细胞中，并导致少数基因的过度突变，但这种效应在DLBCL中的突变数量上明显更为显著（DLBCL比正常记忆B细胞高130倍），涉及的SE类型（SE仅在DLBCL中发生高突变，而在正常B细胞中不发生高突变）和特定突变的肿瘤特异性选择。这些发现与之前的研究一致，即SHM在人类GC B细胞（如IG基因、BCL6）中以特定位点子集的5′序列为生理性靶点，而其他基因在DLBCL中异常高突变，包括MYC、PAX5和BCL2。在小鼠GC B细胞中，错配修复和碱基切除修复基因的失活已被证明会导致异常的SHM靶向，类似于在DLBCL中看到的情况。然而，从对2000多例西方人群的分析中证实，人类DLBCL肿瘤通常不会导致这些通路失活。因此，区分生理性靶向与DLBCL相关靶向的机制尚不清楚。
图 3：BCL6-iSE中的热点突变是生存和解除BCL6表达调控所必需的。
考虑到SE-SHM现象的普遍性，需要对每个涉及SE的功能后果进行检查。在BCL6 iSE的情况下，结果证实之前关于其超突变靶向性的报告，并揭示特定肿瘤相关突变阻止了BLIMP1结合和BCL6的转录抑制，BCL6是GC反应后期的一种生理事件。这种抑制是B细胞退出GC并成为记忆性B细胞或浆细胞所必需的，而BCL6的组成性表达导致小鼠淋巴损伤。BLIMP1结合的减少将至少部分类似于用对BLIMP1无反应的序列或PRDM1基因本身的遗传失活取代BCL6启动子区域的染色体易位。这些事件在DLBCL中是相互排斥的，表明它们代表了为相同的功能和致癌后果选择的替代机制。
图 4：BCL6-iSE的反复突变阻止了BLIMP1的结合和转录抑制。
BCL2基因内SE被确定为超突变的第二个靶点，与之前关于第一个非编码外显子参与的报道一致。这些突变阻止了糖皮质激素受体NR3C1对BCL2的转录抑制，并确定了一条与BCL6一起促进GC B细胞中BCL2生理下调的途径，该蛋白在GC B细胞中通常不表达。由于同一肿瘤中很少发生NR3C1失活突变及其在BCL2-SE中结合位点的突变（1/328），NR3C1失活的主要功能之一实际上可能是释放BCL2转录。最后，在BCL2易位的病例中，NR3C1结合位点突变的频繁发生支持了这样的假设。
图 5：BCL2-SE的热点突变阻止了NR3C1的结合和转录调控。
CXCR4是NR3C1介导抑制的另一个靶点，由于其连接SE的突变而解除调控，这对这两个基因在GC生理学和DLBCL发病机制中的作用具有意义。CXCR4是Waldenström巨球蛋白血症中已知的致癌因子，可能在DLBCL中具有类似的作用。SE热点突变优先与GCB-DLBCL亚型相关，在GCB-DLBCL亚型中，SE热点突变可能阻止与GCB-DLBCL亚型相关的亮区突变，这与其在GC暗区的特异表达一致下调。基于CXCR4在GC中的已知功能推测其表达失调可能导致GC动力学改变，并延长B细胞在暗区高度诱变环境中的保留时间。关于NR3C1活性受损导致癌基因放松调节的证据表明，类固醇信号通路在GC调节和DLBCL发病机制中发挥关键作用，这对皮质类固醇治疗在该疾病中的作用具有影响。
图 6：CXCR4-SE中的一个突变热点破坏NR3C1的结合和转录抑制
文章在全基因组范围内研究活性增强子和SE（E/SE）是否受到DLBCL中功能相关复发突变的影响。在大多数这些肿瘤中，活性SE是普遍的AID介导的超突变的主要靶点。确定与参与GC生物学和恶性转化的重要转录调节因子和/或原癌基因相关的高度复发热点。作为SE超突变功能和病理相关性的概念证明，表明与原癌基因相关的特异复发性SE突变导致原癌基因逃避转录调控，并且是维持转化表型所必需的。预计这一新的基因改变将识别已知癌基因的失调机制，以及新的失调基因和通路，对DLBCL的精确分类和治疗靶向具有意义。
教授介绍
Laura Pasqualucci博士
Laura Pasqualucci的研究兴趣集中在B细胞恶性肿瘤的分子发病机制上，重点关注其最常见的类型，即弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)和滤泡性淋巴瘤(FL)。实验室利用综合多组学方法、生化分析和基因工程小鼠模型来识别和功能表征与这些癌症相关的基因改变，并了解受影响基因在生理生发中心(GC)中的作用反应，大多数B细胞淋巴瘤都来自一种特殊的微环境。一个主要的研究领域集中在甲基转移酶KMT2D和乙酰转移酶CREBBP，这两种组蛋白/染色质修饰剂是其发现的高度复发的突变靶点和FL/DLBCL进化史中的早期事件。这些基因已成为许多不同癌症的核心参与者，已经证明它们充当了肿瘤抑制基因，其缺失通过重塑GC的表观基因组而导致淋巴瘤发生。目前正在利用这些信息开发新的生物标志物和这些疾病的合理治疗选择。
参考文献
Elodie Bal, Rahul Kumar et al. Super-enhancer hypermutation alters oncogene expression in B cell lymphoma(2022)