Nature ：RNA剪接和表观调控的协同变化驱动白血病的发生

来源：BioArt

转录和pre-mRNA剪接是控制基因表达的重要步骤，参与转录和RNA剪接的调控因子发生突变在肿瘤发生过程中非常普遍。如剪接体组分SRSF2的第95位脯氨酸突变就是髓系恶性肿瘤中最常见的一种，该突变可改变SRSF2与RNA的结合状态【1】。虽然影响白血病表观调控和剪接过程的突变经常同时出现，但两者如何促进白血病的发生目前尚不清楚。

2019年10月3日，来自美国斯隆凯特林纪念癌症中心的Omar Abdel-Wahab在Nature杂志上发表文章Coordinated alterations in RNA splicing and epigenetic regulation drive leukaemogenesis，鉴定出急性淋巴白血病中IDH2和SRSF2的突变经常同时出现，两者协同调控表观遗传组和RNA剪接促进白血病生成。IDH2和SRSF2双突变导致致死性骨髓增生异常，且具有增强的自我更新特征。IDH2或SRSF2单突变导致不同的剪接变化，但双突变能够改变SRSF2单突变的剪接调控，导致更显著的剪接变化。双突变细胞显示出整合素组分INTS3基因的异常剪接和表达降低，进而促进白血病生成。机制上，INTS3的异常剪接依赖于SRSF2突变体与INTS3 mRNA上顺式作用元件的结合，和INTS3的DNA甲基化增多，并伴随着Pol II在INTS3启动子区域的增加。

研究人员首先对TCGA数据库中179名急性髓系白血病人（acute myeloid leukaemia，AML）的RNA-seq数据进行分析，检测其剪接体基因的变化。其中19名病人中发生SRSF2突变，导致异常剪接，比例达到11%，说明在TCGA库的AML队列中，SRSF2是最常见的突变基因。而47%的SRSF2突变病人同时有IDH2突变，56%的IDH2突变病人同时有SRSF2突变。IDH2和SRSF2突变的高度相关性在Beat AML研究（498名病人）和Leucegene研究（263名病人）中同样观测到。

那么，IDH2和SRSF2双突变的存在对白血病生成有何影响？移植实验显示，与IDH2单突变相比，在IDH2突变细胞中过表达SRSF2突变体能增加细胞比例，且导致小鼠发生致死性骨髓增生异常综合征（MDS），表现出全血细胞减少、髓样发育不良、未成熟骨髓祖细胞扩增和脾肿大等特征。而且双突变细胞能够在半致死剂量辐射的条件下连续移植。研究人员进一步利用基因敲入小鼠进行移植，发现非竞争性移植中，双突变细胞能够稳定地移植，同时显示出致死性MDS，显著缩短生存期；竞争性移植中，SRSF2突变导致自我更新能力损伤，IDH2进一步突变则能够挽救。总之，IDH2和SRSF2突变能够协同促进白血病生成。

IDH2和SRSF2双突变如何促进白血病的生成？研究人员综合分析TCGA、Beat AML、Leucegene等队列和敲入小鼠的RNA-seq数据，发现与SRSF2单突变相比，双突变细胞含有更多的异常剪接；IDH2突变导致一小部分但可重复的RNA剪接变化；SRSF2突变导致的剪接变化主要涉及到外显子剪接过程。其中双突变细胞中INTS3发生异常剪接，包括两个连续内含子的保留盒外显子的跳过，导致INTS3蛋白显著降低。在IDH2突变中下调INTS3表达增强细胞的克隆形成能力，导致小鼠表现出髓样异常、贫血和血小板减少，并发展出具有增殖特征的致死性MDS。过表达INTS3减少细胞的克隆形成能力，增加RN2细胞的分化，减缓白血病的进程。此外，INTS3异常剪接在IDH2-SRSF2双突变中最为突出，而且其在其他分子亚型的AML中也普遍存在，但不存在于健康个体或其他癌症类型中。

但IDH2突变如何通过影响表观遗传对剪接进行调控？剪接位点的选择性受到RNA结合蛋白作用的反式作用元件和Pol II延伸的影响，而这两者受到DNA甲基化和组蛋白修饰的调控【2】。研究人员以INTS3为对象进行研究，INTS3的外显子4上具有预测的SRSF2结合位点，突变后则内含子保留剪接消失，即SRSF2突变驱动INTS3的内含子保留，而IDH突变进一步上调内含子保留事件。IDH2突变促进DNA甲基化，DNA甲基化调控剪接【2】。IDH单突变和IDH-SRSF2双突变的AML病人中RNA异常剪接的区域都处于高度甲基化的状态，即高度DNA甲基化的区域和RNA剪接变化的区域高度重叠，但基因组总体的甲基化状态没有显著改变。在INTS3中突变DNA甲基化位点显著抑制IDH2突变促进SRSF2突变介导的内含子保留。另一方面，检测Pol II在基因组上的分布情况，发现SRSF2突变导致Pol II在启动子区域暂停（promoter-proximal pausing）增加，在基因主体上分布减少；而双突变则加剧这种情况。而且，SRSF2突变的AML中，Pol II在剪接变化的区域分布更多；双突变则加剧。综上，IDH2和SRSF2突变通过识别DNA高甲基化序列和改变Pol II协同调控RNA的剪接。

总的来说，该研究在一种白血病亚型中鉴定出表观遗传的改变和RNA剪接间的病理性协同作用，提供了剪接因子突变能够驱动髓系恶性肿瘤发展的证据，并鉴定出剪接变化是IDH2突变白血病发生的重要中介，为我们理解白血病的发生提供了新的视角。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1618-0

参考文献

1. Kim, E. et al. SRSF2 mutations contribute to myelodysplasia by mutant-specific effects on exon recognition. Cancer Cell 27, 617–630 (2015).

2. Naftelberg,S.,Schor,I.E.,Ast,G.&Kornblihtt,A.R.Regulation of alternative splicing through coupling with transcription and chromatin structure. Annu. Rev. Biochem. 84, 165–198 (2015).