白血病细胞干性维持过程中组蛋白去甲基化酶KDM4的作用研究

Acute myeloid leukemia (AML) is the most common in acute leukemia. More and more evidences suggest that leukemia stem cells played a key role in AML initiation and progression, and were considered to be the root of chemotherapeutic drug resistance and disease relapse. Our previous study showed that histone demethylase KDM4 overexpressed in AML, which might be a potential drug target of AML. In this project, we intend to elucidate the effect and mechanism of KDM4 in maintaining stemness of LSCs, based on the MLL-AF9 induced AML mouse model, combined with CRISPR/Cas9 technology. Meanwhile, we will study normal hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) parallelly to provide a reference for the safety of KDM4 as a therapeutic target. For better combination of basic research and clinical translation, we will make full use of AML patients’ samples and public databases. Therefore, our study will contribute to a better understanding of the molecular pathogenesis of AML, also provide biological basis for drug discovery.

急性髓系白血病（AML）是最常见的急性白血病。越来越多的证据表明白血病干细胞（LSCs）在AML的发生发展过程中具有重要的作用，是化疗药耐药和疾病复发的根源。组蛋白去甲基化酶KDM4是一个重要的表观遗传修饰酶，前期研究表明KDM4在AML中存在异常表达的情况，可能成为AML的治疗靶点。在本项目中，我们拟以MLL-AF9诱导的AML小鼠模型为基础，结合CRISPR/Cas9技术，通过一系列与细胞干性相关的实验方法，阐明KDM4在LSCs的干性维持过程中的作用，探索其具体的作用机制。同时，针对相应正常造血系统中的造血干/祖细胞（HSPCs）进行平行研究，为KDM4作为治疗靶点的安全性提供参考；并且结合对临床标本的分析以及公共数据库的检索，使基础研究与临床转化联系起来。本项目的研究结果不仅可以有助于理解AML发病的分子机制，还为针对KDM4设计靶向药物提供了可靠的、安全性更高的生物学基础。

急性髓系白血病（AML）是最常见的急性白血病。近几年来，表观遗传调控在AML发病机制中的作用得到了越来越多的重视。据报道，KDM4在多种肿瘤中过表达，也被看作是潜在的广谱抗癌靶点。然而，不同的研究对于哪种KDM4亚型在AML的发生发展中占主导作用仍存在争议。本项目聚焦KDM4在LSCs干性维持中的作用，通过干扰基因表达观察其对AML发生发展的影响以及作用机制。首先，我们通过RT-PCR法检测了15例AML患者标本，结果发现仅有KDM4A的表达水平明显高于正常。为了进一步确认KDM4A在LSCs中的作用，在MLL-AF9（MA9）AML小鼠细胞中敲降Kdm4a，细胞的增殖能力明显降低、凋亡增多且体外克隆形成能力明显减弱。此外，c-Kit+Gr-1-细胞群的比例和绝对数下降，且移植后受体小鼠几乎检测不到白血病细胞浸润，提示Kdm4a的表达下调可以影响LSCs功能和数目。相反，在人脐带血来源CD34+CD38-中敲降KDM4A则不会引起正常造血干祖细胞（HSPCs）凋亡。应用课题组前期筛选的KDM4A特异性小分子抑制剂SD49-7进行了体内外的药效评价，极限稀释实验表明SD49-7可降低LSCs频率，NOD/SCID免疫缺陷鼠移植实验结果也证明SD49-7可以在体内显著抑制白血病的进展，降低骨髓中白血病细胞的浸润程度，且效果明显优于SD70组（阳性对照组）。以上研究均表明KDM4A是一个潜在的AML安全治疗靶点。最后利用SD49-7作为探针，探索KDM4A在LSCs干性维持中的作用机制。研究表明，抑制KDM4A的活性可以增加MDM2基因启动子区域的甲基化修饰水平，下调MDM2的转录水平，使其失去对p53及其下游因子的抑制作用，最终引起p53通路激活促使白血病细胞凋亡。