整合多层次高通量技术研究长链非编码RNA介导的转录调控在急性髓细胞白血病发生中的功能和机制

The aberrant transcriptional regulation during hematopoiesis is considered as a critical factor of the pathogenesis of acute myeloid leukemia (AML). Emerging evidence has shown that long non-coding RNAs (lncRNAs), as a new player in the regulation of gene transcription, have been linked to the development of cancer, including leukemia. Our preliminary data has identified several lncRNAs involved in the development and treatment of acute promyelocytic leukemia (APL, AML-M3 subtype). These findings suggest that the identification of lncRNAs in AML is of help to understand the pathogenesis and treatment of leukemia. In this study, we plan to use high-throughput techniques and bioinformatic analysis to identify lncRNAs associated with specific AML subtypes blocked at the respective differentiation stages. Based on the identified lncRNAs, we will further apply molecular biology approaches and animal models to explore the regulatory mechanisms of these lncRNAs in AML development, investigate their downstream regulatory networks, and unravel their roles in blocking the differentiation of hematopoietic cells. This study will not only provide new insights into the important roles of lncRNAs in hematopoiesis, but also deepen our understanding of leukemogenesis and development of targeted therapies for individual patients.

造血发育中髓细胞转录调控的异常是造成髓系分化阻滞而导致急性髓细胞白血病（AML）发生的关键因素。近年来长链非编码RNA（lncRNA）在转录调控中承担的角色备受瞩目。本课题组前期应用高通量技术研究发现，AML的M3亚型的发生和治疗受到数个亚型特异性lncRNA的调控。这些前期发现提示lncRNA这一全新的转录调控元件可能活跃地参与AML各亚型的发生和治疗过程中。本课题组拟整合多层次高通量技术，结合生物信息学方法筛选与鉴定造血分化阻滞不同阶段AML各亚型特征性lncRNA，进一步通过分子生物学和动物模型深入研究这些lncRNA的转录调控模式和解析下游的转录调控网络，明确其在造血分化受阻中所发挥的作用。这一研究不仅有助于诠释lncRNA在造血系统髓系发育调控的功能，并对揭示白血病发生发展的分子机制及设计个体化治疗方案具有积极的理论价值。

急性髓细胞白血病（AML）发生的异常转录调控是白血病发生发展和治疗研究的核心。本项目整合多层次高通量技术，首先从全基因组和全转录组水平绘制了融合蛋白AML1/ETO和PML/RARα的DNA结合全图谱、AML亚型特异性的长链非编码RNA（lncRNA）和环状RNA（circRNA）调控谱。首次报道了融合蛋白的双重调控模式和参与超级增强子形成的特征；揭示lncRNA与AML驱动基因的相关性，识别了238条APL特异表达lncRNAs。其次，在高通量研究的基础上，从单基因水平揭示多组学研究鉴定获得的关键lncRNAs（如HOTAIRM1、NEAT1和CRNDE等）和基因（CDKN2C、LMO2、GFI1）在急性早幼粒细胞白血病（APL）发生中的功能及机制。发现lncRNA HOTAIRM1受PU.1的直接激活参与ATRA诱导的粒系分化；揭示参与“泛肿瘤”发生的NEAT1可能作为肿瘤预防及临床分型的有效候选因子；解析lncRNA CRNDE在多种实体肿瘤和血液肿瘤中的表达模式；深入研究揭示CRNDE能协同PML/RARα促进APL发生，并且参与NPM1突变AML的发生；揭示PML/RARα抑制LMO2的表达干扰红系分化的进程，抑制CDKN2C同时调控细胞周期和分化，通过染色质构象激活GFI1的表达。最后，我们从转化和应用的角度，解析了针对AML预后不良相关的危险因素，例如肥胖相关的BMI指数、可变剪接事件、白血病细胞克隆演化等在AML预后中的意义，并开发了两项基于人工智能的基因调控大数据的分析和展示方法。本研究对揭示白血病发生发展的分子机制及设计个体化治疗方案具有积极的理论价值。在本项目的资助下，发表包括Blood（2篇）、J Hematol Oncol.、Br J Haematol.等SCI论文15篇，获得教育部自然科学奖二等奖（排名第二）和上海医学科技奖二等奖（排名第四）。