急性早幼粒细胞白血病中砷剂耐药的分子机制研究

Arsenic recently becomes first-line treatment of acute promyelocytic leukemia (APL). Unfortunately, some patients developed arsenic-resistance and their outcomes were extremely dismal. To elucidate the mechanism of arsenic-resistance and explore possible treatment strategy is very important. We recently found that 9 patients habored PML mutations in 13 arsenic-resistant APL patients and 4 novel mutions were first reported by us（Zhu HH, et al.NEJM,2014;370:1864). We also found distinct PML-RARA mutations have different degrees of arsenic-resistance in clinical practice.We hypothesized that PML mutations is the cause of arsenic-resistance and distinct PML-RARA mutations have different degrees of arsenic-resistance. To answer these questions, we designed this study. We plan to construct wild-type and mutated PML-RARA plasmid and tranfer to cell lines. By incubating with different concentration of arsenic, we study the arsenic-binding capacity, PML-RARA degradation, Sumoylation levels and protein localization. We also confirm these results in mice model. Moreover, we investigate mutation-directed treatment in arsenic-resistanc APL patients to overcome arsenic-resistance. This study provide important evidence to the mechanism of arsenic-resistance and treatment strategy.

砷剂治疗急性早幼粒细胞白血病疗效显著，但仍有部分病人复发且预后极差，阐明砷剂耐药的机制非常关键。我们前期研究发现，砷剂耐药病人中69%出现PML-RARA基因的PML发生突变，发现4个新的突变位点(Zhu HH, et al.NEJM,2014;370:1864)；另外，我们在PML突变的APL病人中发现砷剂耐药程度有差异。本课题组提出假说：PML突变直接导致砷剂耐药，是耐药的主要机制，不同PML突变类型的耐药程度不同。拟进行（1）构建PML野生型和不同突变类型的细胞系，加入三氧化二砷，观察砷细胞内定位、PML-RARA蛋白降解、Sumoylation化、核体构象, 证实PML发生突变直接导致砷剂耐药，并通过小鼠模型进行验证，探索克服耐药的药物。（2）对不同PML突变类型病例采取个体化干预试验研究，评价疗效。本研究旨在阐明砷剂耐药的分子机制以及可能的治疗方法，具有重要的基础和临床意义。

【项目的背景】：.砷剂治疗急性早幼粒细胞白血病（APL）疗效显著，但仍有部分病人表现为砷剂耐药，阐明砷剂耐药的机制非常关键。根据我们前期研究提出假说：PML突变导致细胞内核体异常，直接导致砷剂耐药是耐药的主要机制，不同PML突变类型的耐药程度不同；另外其他机制如变异型APL中的异常蛋白也可能参与了砷剂耐药。.【主要研究内容】.（1）构建PML野生型和不同突变类型的细胞系，加入三氧化二砷，观察砷细胞内定位、PML-RARA蛋白降解、Sumoylation化、核体构象, 证实PML发生突变直接导致砷剂耐药，并通过小鼠模型进行验证，探索克服耐药的药物。（2）对不同PML突变类型病例采取个体化干预试验研究，评价疗效。(3) 探索变异型APL砷剂耐药的分子机制。.【重要结果、关键数据】.1..我们发现A216V、S214L和A216T突变可以减弱砷剂对PML-RARA的负性调节，从而导PM-RARA蛋白不被降解。相比之下，L217F和S220G突变在这种情况下功能较弱。.2..我们证明增加三氧化二砷的浓度或将其与ATRA联合可以克服PML突变引起的砷剂耐药。.3..体外研究证实PML突变导致维甲酸耐药，维甲酸作用后细胞内核体（NBs)大小和数量变化规律。.4..发现对砷剂和维甲酸均耐药的新基因CPSF6-RARG的APL病例，并对其生物学功能进行深入研究。.【科学意义】我们率先在国际上发现砷剂耐药和PML-RARA的PML-212-220区域的点突变有关，不同的突变位点对砷剂耐药的程度不同，A216V、S214L和A216T突变对砷剂完全耐药，而L217F和S220G突变对砷剂部分耐药，通过增加砷剂浓度或将其与ATRA联合可以部分克服PML突变引起的砷剂耐药，在国际上率先发现对砷剂和维甲酸均耐药的新基因CPSF6-RARG，并对其生物学功能进行了研究，阐明砷剂耐药的分子机制以及可能的治疗方法，具有重要的基础和临床意义。