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在血液系统恶性肿瘤中，骨髓增生异常综合症（Myelodysplastic Syndrome，MDS）可视为急性白血病前期病变，可能发展为急性髓系白血病（acute myeloid leukaemia，AML）或急性淋巴细胞性白血病（Acute Lymphoid Leukemia，ALL）【1,2】。而慢性淋巴细胞性白血病（chronic lymphocytic leukaemia）、骨髓增生异常综合症以及急性髓系白血病的形成通常伴随着RNA剪切因子（RNA splicing factors）基因的突变，同时RNA的的可变剪切和选择性异构体（isoform）在白血病的形成中发挥了重要作用【3】。然而，RNA剪切基因的突变如何导致癌症的发生却并不清楚。 白细胞介素1 受体相关激酶IRAK4（Interleukin-1 receptor associated kinase 4）是天然免疫中的重要蛋白，其具备丝氨酸/苏氨酸激酶活性，在天然免疫中能够介导TLR （Toll-like receptor）受体蛋白的下游信号传递，最终引起NF-κB和MAPK信号的激活【4】。 图1 IRAK4在天然免疫中的作用 IRAK4主要有两种蛋白异构体，根据在mRNA上是否包括第四个外显子，可以分为长度为460个氨基酸的IRAK4-L蛋白以及短的缺失了N端death domain的336个氨基酸的IRAK4-S蛋白。 图2 IRAK4的两种剪切体形式 2019年4月23日，来自美国辛辛那提医学中心的Daniel T. Starczynowski、爱因斯坦医学院Amit Verma与英国牛津大学Jacqueline Boultwood在Nature Cell Biology上题为U2AF1 mutations induce oncogenic IRAK4 isoforms and activate innate immune pathways in myeloid malignancies 的研究论文，发现在MDS和AML中，RNA结合蛋白U2AF1的突变U2AF1（S34F）会诱导IRAK4的异构体IRAK4-L的表达，进而引起慢性的天然免疫信号NF-κB的激活。 首先，为了研究AML中RNA异构体的差异性表达和选择性剪切情况，研究人员通过生物信息学的方法分析了TCGA（The Cancer Genome Atlas）数据库，并根据异构体表达的不同模式将其分成三类。进一步通过功能富集分析（Functional enrichment analysis），在AML预后最差的一类异构体表达模式中富集了与RNA剪切和天然免疫以及NF-κB信号相关的基因。其中，IRAK4的RNA异构体转换在AML样品中的表现尤为显著，并且在AML病人的细胞中更多的表达IRAK4-L，而不是IRAK4-S。 接下来，为了对IRAK4-L以及IRAK4-S在AML中的功能进行分析，研究人员通过下游信号蛋白的激活结合结构域之间的相互作用（domain–domain interactions）实验发现，在NK-κB的信号中，IRAK4-L能够通过N端的Death domain结合MyD88，进而对NK-κB信号的激活是必需的。进一步在人白血病细胞系THP-1以及人源化的NSG小鼠（移植了IRAK4-L或者IRAK4-L/S敲低的THP-1细胞）模型中，通过基因敲低/敲除结合功能拯救（rescue）实验，研究人员发现，IRAK4-L对于白血病细胞的增殖是必需的。 为了寻找AML中IRAK4-L形成的内在机制，研究人员通过对TCGA的数据分析结合MDS病人的CD34+细胞系基因分析，发现在pre-mRNA识别3’端剪切位置中发挥重要作用的U2AF1（U2 small nuclear RNA auxiliary factor 1）基因的突变与IRAK4-L剪切体的选择高度相关。 深入分析发现，由于在IRAK4第四个外显子-3位置包括一个腺嘌呤，这导致了U2AF1的突变U2AF1（S34F）选择性剪切进而形成IRAK4-L。同时，研究人员通过剪接体报告基因（IRAK4 exon 4 cassette splicing reporter）直接证明了U2AF1(S34F)会引起IRAK4-L的形成，并且在白血病细胞系K562中，U2AF1(S34F)的表达能够显著激活NF-κB信号。 最后，研究人员结合IRAK4激酶的抑制剂IRAK1/4-Inh和CA-4948，在体内和体外的实验一致表明，通过抑制IRAK4的激酶活性，发生U2AF1(S34F)突变的AML细胞系中由IRAK4-L介导的NF-κB信号激活显著减弱，并且其细胞功能也受到抑制。 综上所述，本研究通过生物信息学的分析，发现在AML和MDS中，IRAK4倾向于使用长的异构体IRAK4-L，IRAK4-L能够结合MyD88进而激活NF-κB信号，并且对于白血病细胞的功能是必需的。IRAK4-L异构体的形成受到U2AF1的突变U2AF1（S34F）介导，并且IRAK4的抑制剂能够抑制白血病细胞的功能。 原文链接： https:///10.1038/s41556-019-0314-5 制版人：半夏 参考文献 1 Koh, Y. et al., Prognosis of secondary acute myeloid leukemia is affected by the type of the preceding hematologic disorders and the presence of trisomy 8. J Pediatr Hematol Oncol 40 1037 (2010). 2 Maschan, A. A. et al., Development of T-cell acute lymphoblastic leukemia in a patient in very long lasting complete remission of juvenile myelomonocytic leukemia. J Pediatr Hematol Oncol 33 e32 (2011). 3 Inoue, D., Bradley, R.K., and Abdel-Wahab, O. Spliceosomal gene mutations in myelodysplasia: molecular links to clonal abnormalities of hematopoiesis. Gene Dev 30, 989-1001. (2016). 4 Patra, M.C., and Choi, S. Recent Progress in the Molecular Recognition and Therapeutic Importance of Interleukin-1 Receptor-Associated Kinase 4. Molecules 21. (2016). |
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