MLL-AF4/AF9融合突变调控FOXO3a-FOXM1在急性髓系白血病发生中的作用及分子机制

The acute myeloid leukemia(AML) caused by MLL translocation has poor prognosis and lacks effective therapeutic strategies at present. The transcriptional factors FOXO3a and FOXM1 are identified as novel tumor suppressor and oncogene, respectively. Previously we found the significantly upregulation of FOXM1 in cells with MLL translocation, and demonstrated that MLL-AF9 translocation causing AML depended on FOXM1. Furthermore, soimycin A (an FOXM1 transcriptional inhibitor) obviously promotes apoptosis of the cells (MV4-11 and THP-1) and prolong the life of mouse injected with MV4-11 cells. Interestingly, the ChIP-Sequence database reveals that MLL and MLL-AF4/AF9 directly bind to FOXM1 and FOXO3a gene, respectively, but the underlying mechanism is still unclear. Here, we sought to investigate the molecular mechanism of MLL-AF4/AF9 regulating FOXO3a-FOXM1 signaling, and study the possibility and efficiency of soimycin A targeting the AML with MLL-AF4/AF9 translocation. This project will shed light on the understanding of the AML with MLL-AF4/AF9 translocation and provide potent intervention targets.

伴有MLL基因重排的急性髓系白血病(AML)是一种常见的AML亚型，目前尚无针对该型AML的高效干预药物。转录因子FOXO3a及FOXM1分别是最新鉴定的关键抑癌分子及原癌分子。前期我们发现FOXM1在伴随MLL重排的细胞系及病例中高表达，结合FOXM1组织特异性敲除小鼠证实MLL-AF9融合突变诱发AML依赖于FOXM1基因，而利用FOXM1靶向抑制剂Soimycin A可显著诱导细胞凋亡并提高受体小鼠存活率。分析最新公开的ChIP-Sequence数据，我们发现FOXM1及FOXO3a分别是MLL及MLL-AF4/AF9融合蛋白的直接靶基因，但相关调控机制不清楚。本课题拟深入研究MLL-AF4/AF9融合突变调控FOXO3a-FOXM1信号的分子机制，并探究FOXM1作为MLL-AF4/AF9融合突变诱发AML干预靶点的可行性，为该类白血病的防治提供新的思路和靶标。

急性髓细胞白血病（Acute myeloid leukemia，AML）是白血病中最常见的一类恶性克隆性疾病。我国AML的发生率高达3.7/10万，且有逐年上升趋势。尽管在治疗方案及支持治疗方面取得了很大的进展，但AML的死亡率仍高居60%以上。挖掘促进AML发生发展的关键基因对寻找AML的干预靶标具有重要意义。.FOXO3A及FOXM1分别是最新鉴定的调控细胞增殖的关键转录因子，但两者在AML发生发展中的作用尚不明晰。本项目首先构建了FOXM1的条件性敲除小鼠，通过MLL-AF9转染构建AML小鼠模型，结果显示敲除FOXOM1后小鼠AML的发生发展受阻且生存率提高，这一结果说明FOXM1是AML发生发展中的关键促癌基因。我们通过体外实验证实FOXM1抑制剂Siomycin A可有效提高白血病细胞的放疗敏感性，提示FOXM1是一个放化疗增敏的有效靶点。此外我们发现在AML细胞系中敲除FOXO3A会有效促进AML细胞分化及凋亡，证实其他研究者报道的FOXO3A是维持AML细胞特性的关键基因。更为关键的是我们发现敲除FOXO3A会激活AML细胞中mTOR信号及JNK信号，利用mTOR抑制剂及JNK抑制剂处理FOXO3A敲除细胞会显著提高细胞凋亡率，提示敲除FOXO3A和mTOR抑制剂联合处理对AML细胞的杀伤效果更好。通过转录组测序及ChIP-PCR实验，我们发现FOXO3A转录调控GNG7，而GNG7可直接结合mTOR抑制其磷酸化激活，进而限制mTOR活性。敲除FOXO3A会激活mTOR及其下游线粒体代谢及ROS，ROS可激活JNK及c-JUN信号，这些发现揭示了AML细胞中的FOXO3A-GNG7-mTOR的信号轴以及敲除FOXO3A后凋亡抵抗产生的原因。最后，通过转录组测序及Western blot实验证实在AML细胞中敲除FOXO3A不会导致FOXM1表达改变，排除了FOXO3A是FOXM1上游调控因子。据此，本项目揭示了FOXM1和FOXO3A在AML发生发展中的作用。.总之，本项目证实FOXM1和FOXO3A是促进AML发生发展的两个独立的关键基因，FOXM1和FOXO3A是干预AML的潜在靶点。靶向FOXO3A联合mTOR抑制剂处理可高效诱导AML细胞凋亡，这些结果为理解AML的发生发展及靶向干预提供了新的思路。