以小分子化合物为探针研究组蛋白去甲基化酶KDM4与AML发生发展的关系

Acute myeloid leukemia (AML) is characterized by the prevalence of genomic mutant with aberrant oncogenic activities. Epigenetic modification plays an important role in the AML genesis and progression, but the molecular mechanism remains an unsolved mystery. In this study, we designed and screened out small molecular inhibitors of histone demethylases 4 (KDM4), which played a key role in AML, could depress AML genesis in vitro and in vivo. However, its clinical application potential and mechanism need to be further explored. Moreover, the role and mechanism of KDM4 in AML and leukemia stem cells (LSCs) would be found out through the small molecular inhibitors. It will provide new therapeutic targets and molecular insights for the development of epigenetic therapy.

急性髓系白血病（AML）是一种恶性克隆性疾病。越来越多的证据表明表观遗传调控在AML的发生和维持过程中具有重要的作用，然而其具体机制仍不清楚。组蛋白甲基化是表观遗传调控的重要方式，我们针对组蛋白去甲基化酶KDM4设计了小分子抑制剂，经筛选后得到的阳性候选化合物对小鼠及人白血病细胞具有明显杀伤作用。在本项目中，我们拟通过本实验室已建立的血液干细胞药物筛选平台进一步验证该小分子抑制剂对AML的治疗效果，探索其具体的作用机制；在此基础上以小分子抑制剂为探针,阐明KDM4在AML发生和维持中的作用,及KDM4与白血病细胞干性的关系。研究结果有望在白血病细胞表观调控的研究方面寻找新的突破，也可为针对表观调控靶点设计更为高效、安全的抗白血病细胞药物奠定基础。

组蛋白去甲基化酶在LSCs的调控中具有重要的作用，MLL-AF9白血病细胞的克隆及其LSCs干性的维持都需要LSD1的调控，LSD1可以通过阻止分化和凋亡来维持LSCs的潜能。而含有JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶对于LSCs的干性维持起到了更重要的作用。研究发现，敲除Jmjd1c可以有效减少MLL-AF9 AML中LSCs的数量，而且不影响HSCs的功能和数量。此外，还有研究报道显示，MLL诱导的AML的LSCs具有高水平H3K4m3和低水平H3K79me2的表观遗传学特征，而这种特征的维持是由KDM5B负向调控的。在我们的研究中发现，KDM4小分子抑制剂可以减少MLL-AF9 AML的CFC数量，尤其是形态更加原始、具有LSCs特性的A型克隆数量显著降低，这提示我们KDM4可能参与了LSCs的调控。因此，在后续研究中，除了要进一步明确KDM4小分子抑制剂治疗AML的药理作用，还要对KDM4A在LSCs中的作用进行研究。利用现有的MLL-AF9 AML小鼠模型，体外添加KDM4小分子抑制剂培养后，极限稀释移植分析LSCs的发生频率是否降低；并通过连续移植法，观察SD49-7是否影响LSCs自我更新的能力。同时，我们打算利用慢病毒感染干扰AML小鼠细胞中Kdm4a的表达，通过CFC形成实验和小鼠移植实验来验证KDM4A对于LSCs的分子作用。我们的实验结果表明KDM4A参与了LSCs的调控，那么靶向KDM4的小分子抑制剂对于AML的治疗将会有更广阔的应用的可能性。因此，对于KDM4与LSCs之间的关系也是我们今后研究的重点方向。我们筛选出3个先导KDM4小分子抑制剂，并在体外评价了其抗AML的药效，且初步探索了SD49-7的作用机制。此外，根据我们自己的实验结果，并结合已经发表前期工作，提出我们的观点，即KDM4A在AML的发生发展中起到了关键的表观遗传学调控作用，是一个有潜力的治疗靶点，并且具有一定的生物安全性。我们的研究不仅能为KDM4小分子抑制剂的结构优化提供生物学的证据，而且为AML的治疗提供了新的策略。