急性髓系白血病的RNA 5-甲基胞嘧啶修饰异常改变及调控机制研究

TET2 loss contribute to abnormal development of pluripotent hematopoietic stem cells, which is one of the major causes of tumorigenesis in leukemia. TET proteins have the capacity to convert DNA 5mC to 5hmC. Recently, TET2 has been demonstrated in catalyzing RNA m5C to hm5C. However, the role of TET2-mediated RNA oxidation in leukemia remains elusive. Based on the advances in sequencing techniques and our previous results, we aim to investigate the distribution and differential site-specific localization of both RNA modifications and DNA modifications (such as RNA m5C and DNA 5hmC) in acute myeloid leukemia (AML) patients. Through integrating the sequencing results of RNA transcriptome, decay and translation with information of AML patients, we will further dissect the epigenetic mechanisms in tumorigenesis, drug-resistance and tumor recurrence. Moreover, we will develop machine learning classifiers and screen novel biomarkers for AML diagnosis and prognosis. Our study will unveil multiple novel mechanisms in AML and provide potential targets for clinical diagnosis and therapy.

TET2的失活突变会影响造血干细胞的正常分化，是白血病的主要诱因之一。TET2介导的氧化反应负责DNA的去甲基化，也同样影响RNA m5C修饰的调控。然而RNA m5C是否参与白血病的发生与发展过程目前尚不清楚。本课题以急性髓系白血病(AML)为研究对象，从RNA修饰和DNA修饰两个层面系统性地研究RNA m5C、DNA 5hmC和其它新型表观遗传修饰的基因组分布特征；解析AML中新型修饰的变化规律，整合RNA的转录、降解及翻译状态组学图谱和患者临床信息，揭示AML发生、耐药和复发的表观遗传调控新机制，并在此基础上开发用于AML诊断和预后预测的机器学习分类器，筛选临床有效的生物标志物。我们的研究成果将为AML致病机制提供重要的理论支持，并为临床治疗提供新的思路。

新型核酸修饰在急性髓系白血病（AML）的发生、耐药和预后中扮演着重要的角色。TET2在AML等多种血液类癌症中存在高频突变，而RNA m6A修饰的去甲基化酶FTO过表达也是导致白血病的重要原因之一。本项目围绕这些重要修饰酶相关的RNA m5C、 m6A和DNA 5hmC几种新型核酸修饰展开研究。结合高通量测序技术和多组学整合分析策略，绘制了白血病人与正常人的血液中单个核细胞（mononuclear cell）的RNA m5C修饰图谱，并分析了其组织特异性分布规律。我们发现白血病样本中能检测出更多的m5C修饰位点，且TET2突变样本的m5C位点数量会进一步上升。分析揭示了m5C与基因表达呈正相关关系，发现多个白血病重要靶点基因存在高水平m5C甲基化并导致其转录本处于异常高水平的表观关联机制。这些结果表明TET2基因突变除影响DNA 5hmC修饰外，也可能通过异常调控RNA m5C氧化方式参与AML的发生和发展的新机制。此外，针对AML样本的DNA 5hmC修饰，我们收集了AZA-HiDAC-Mito联合化疗的I期临床试验样本的DNA 5hmC和RNA-seq数据，分析发现病人对治疗的响应与多个共表达基因模块相关，使用XGBoost机器学习算法建模筛选出11个基因的5hmC修饰水平作为生物标志物，可用于精准预测AML的治疗效果。此外，针对AML治疗靶点FTO，我们合作开发了其新型小分子抑制剂Dac51，发现其在实体瘤肿瘤模型中亦可发挥有效的治疗作用，进一步研究阐明了肿瘤细胞通过FTO调控m6A修饰，影响糖酵解过程进而导致肿瘤免疫逃逸的耐药新机制，并发现FTO抑制剂能与PD-L1抗体协同作用发挥抗肿瘤免疫治疗效应。.综上所述，本项目的实施过程发现了白血病的新型核酸修饰表观调控规律及其潜在干预机制，并筛选出有效的生物标志物构建指导AML临床治疗方案选择的预测模型，为AML治病和耐药机制提供了理论基础。AML潜在治疗靶点FTO小分子抑制剂的开发，也为基于干预RNA修饰的表观治疗、探究表观调控机制提供了高效便捷的小分子工具和潜在药物候选。