PRMT5与Bcr-Abl正反馈相互调节促进白血病干细胞干性引起Gleevec耐药的机制研究

Gleevec has reached great success in treating patients with chronic myelogenous leukemia (CML), but resistance to Gleevec is now an emerging problem. Among the factors to confer resistance to Gleevec is leukemia stem cells (LSC). The signaling pathway for maintaining LSC self-renewal is poorly understood. We discovered a positive feedback loop between protein arginine methyltransferase 5 (PRMT5) and Bcr-Abl in CML cells, and PRMT5 promote the proliferation of LSC. This study is aimed at clarifying the relationship between PRMT5 and Bcr-Abl in primary LSC; elucidate the underlying mechanism of PRMT5 conferring resistance to Gleevec by promoting self-renewal of LSC; observe the effect of specific shRNA or synthesized PRMT5 small-molecule inhibitor PJ-T54 on CML LSC in vitro and in CML mice model. The study will reveal PRMT5 as a new signaling pathway member regulating CML LSC and find a new lead compound PJ-T54 that is capable of killing CML LSC. This project is anticipated to elucidate that cancer stem cells are regulated by protein arginine methylation, which will extend our understanding the epigenetic regulation of cancer stem cells is not only through protein acetylation.

Gleevec耐药是当前制约慢性粒细胞性白血病（CML）治愈的瓶颈，而白血病干细胞（LSC）是导致其耐药的重要因素。目前对于维持LSC 自我更新的信号通路还知之甚少。我们的前期工作证明蛋白质精氨酸甲基化转移酶PRMT5与Bcr-Abl表达呈正反馈相互调节，PRMT5促进LSC增殖，本课题拟进一步在病人LSC阐明PRMT5与Bcr-Abl正反馈相互调节的内在关系；揭示PRMT5促进LSC自我更新引起Gleevec耐药的机制；通过特异性shRNA或我们团队合成的PRMT5特异性小分子抑制剂PJ-T54干预，分别从CML原代细胞和小鼠模型观察特异性抑制PRMT5对CML LSC的杀伤效应。通过上述研究揭示PRMT5作为调控CML LSC的新信号通路分子，同时为清除CML LSC找到一种新靶向治疗先导化合物PJ-T54。本课题的重要性还在于发现肿瘤干细胞干性受蛋白质精氨酸甲基化修饰的调节。

Imatinib (IM) 耐药是临床上制约慢粒白血病（CML）治愈的瓶颈，而白血病干细胞（LSCs）是导致其耐药的重要因素。目前对于维持LSCs自我更新的信号通路还知之甚少。我们的前期研究结果发现蛋白质精氨酸甲基转移酶5 (PRMT5)与BCR-ABL表达呈正反馈相互调节，PRMT5促进LSCs增殖。本课题首先按原计划率先明确PRMT5在维持CML LSCs干性及在IM耐药中发挥了关键作用，设计合成了PRMT5特异性小分子抑制剂 PJ-68。通过分析数据库 (GSE47927) 发现PRMT5在CML 干细胞中高表达，我们的数据也表明PRMT5在CML LSCs显著高于CML祖细胞和正常骨髓造血干细胞 (HSCs)。PRMT5表达和活性在HSCs感染BCR-ABL逆转录病毒发生恶性转化的过程中明显增高。PRMT5与BCR-ABL的表达在CML 细胞中存在正反馈相互调节。用shPRMT5基因沉默或我们团队合成的小分子抑制剂 PJ-68抑制其活性显著诱导CML 干/祖细胞发生凋亡。PRMT5抑制显著降低CML CD34+ 细胞的集落形成及传代能力和长期培养启动细胞的集落形成能力，表明PRMT5对维持CML LSCs的干性至关重要。靶向PRMT5显著延缓p210 BCR-ABL基因驱动的CML小鼠的病情进展；显著降低LSK，LT-HSC和ST-HSC和祖细胞GMP和CMP的比例，并与IM具有联合作用。有限稀释法测定发现PJ-68显著降低CML小鼠体内白血病干细胞的频率。PJ-68抑制CML CD34+ 细胞在重症免疫缺陷NSI小鼠体内长期移植的能力。机制研究发现PRMT5 通过激活Wnt/β-catenin 信号通路维持CML LSCs的干性。本研究明确了PRMT5在维持CML LSC干性和IM耐药中的作用，揭示PRMT5-DVL3-β-catenin是调控CML LSCs的新信号通路，为清除CML LSCs提供了新的治疗靶点和小分子化合物。在此基础上，明确了NAE1、EZH2及AXL是调控LSCs干性的成药性新靶点。与本课题相关的研究成果，以第一/共同通讯作者在J Clin Invest、Cancer Res等重要专业杂志共发表SCI论文5篇。培养研究生7名，课题负责人入选2016广东省杰青和2017广东省特支计划青年拔尖人才，获批主持国自然面上项目1项。