FTO基因内含子8的局部缺失激活T细胞急性淋巴细胞白血病中的IRX3致癌基因

肿瘤学 医学 生命科学 遗传学 生物化学 细胞生物学 血液病学 免疫学
T细胞急性淋巴细胞白血病 FTO基因 IRX3致癌基因 增强子劫持 CTCF结合位点 非编码基因组 肿瘤抑制机制

阶段性染色体缺失导致 T 细胞急性淋巴母细胞白血病中的 IRX3 致癌基因激活研究

在癌症研究领域，非编码基因组的调控机制一直是探索的重点，尤其是癌基因（oncogene）如何通过非传统调控途径被异常激活。这篇论文由 Sunniyat Rahman 等学者撰写，发表于 2024 年《Blood》杂志，详细阐述了在 T 细胞急性淋巴母细胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukemia, T-ALL）中，IRX3 致癌基因通过非编码基因组的焦点缺失（focal deletion）实现异常激活的全新机制。此项研究由来自多个国际顶尖机构的科学家共同完成，包括 University College London、The University of Melbourne、Ghent University 及 Dana-Farber/Harvard Cancer Center 等。研究不仅揭示了以往未被注意的“启动子锚定”（promoter tethering）现象，还提出了可能的肿瘤抑制机制，为理解非编码基因组在癌症中的作用开拓了新思路。

研究背景与目的

癌症的非编码基因组包含增强子（enhancer）、启动子（promoter）和绝缘子（insulator）等不同的顺式调控元件，这些元件通过精确调控基因表达，维持正常的细胞分化与功能。然而，癌症中经常发生的体细胞突变会导致非编码区域的调控异常，例如通过增强子劫持（enhancer hijacking）或去新生成增强子（de novo enhancer）等方式激活癌基因。

在 T-ALL 的研究中，多个典型癌基因（如 TAL1、LMO2、TLX1 和 TLX3）已被明确为通过结构性基因组变化（例如边界缺失或增强子放大）实现异常激活。然而，诸如 IRX3 等一些潜在癌基因的致癌机制尚不清楚。作者的研究旨在解析 IRX3 在 T-ALL 中被异常激活的具体机制，并探讨其背后的非编码基因组调控规律。

研究流程与方法

本研究涉及多个阶段性实验，包括基因组数据分析、细胞模型验证和功能机制探索。

1. 数据挖掘与异常基因筛选

研究首先通过分析大规模 RNA 测序数据，从 264 名儿童 T-ALL 患者中筛选出在正常发育性 T 细胞中不表达，但在白血病细胞中异常高表达的基因。IRX3 成为研究焦点，其异常表达在不同患者亚型中以 TAL1 和 HOXA 亚型最为显著。

作者进一步调查了 IRX3 异常表达相关的基因组变化模式。通过对患者基因组的拷贝数变异（copy number alteration, CNA）分析，发现了 FTO 基因第 8 内含子（intron 8）中存在复发性焦点缺失（ftoint8del）。这些缺失均定位于一个 CTCF 结合位点。值得注意的是，这些拷贝数缺失与 IRX3 的异常表达显著相关。

2. 探索焦点缺失的功能后果

作者通过 CRISPR/Cas9 基因编辑技术在人类 T-ALL 细胞系中模拟 ftont8del 的效应，验证了 CTCF 结合位点的缺失如何引发 IRX3 的上调。研究发现： - 删除 FTO 第 8 内含子中的 CTCF 结合位点后，IRX3 的转录激活水平显著提升，达到了患者白血病细胞的水平。 - 删除另一个共存的 MYB 结合位点单独不足以引发 IRX3 的异常表达。

这些结果表明，FTOnt8del 的功能主要依赖于对 CTCF 结合位点的破坏。

3. 高维基因组解析

作者进一步通过三维基因组技术（UMI-4C 和 HiChIP）展示了 FTO 第 8 内含子的 CTCF 元件如何在正常状态下通过染色体“三维互作”将 IRX3 锚定到基因组中一个低活性的区域，从而限制其被远端增强子激活。在 ftont8del 缺失情况下，IRX3 的启动子被释放，与上游 CRNDE 超增强子产生异常的互作，媒介了 IRX3 的转录激活。

值得注意的是，CRNDE 在正常 T 细胞分化过程中呈现特异性表达模式，进一步支持其可能作为发育特定增强子的角色。

主要研究结果

  1. IRX3 的异常表达
    IRX3 在 49% 的成人 T-ALL 和 42% 儿童 T-ALL 患者中被异常高表达，其调控异常与 FTO 第 8 内含子中 CTCF 位点的缺失密切相关。

  2. FTO 内含子的“启动子锚定”功能逆向调控
    研究揭示，“启动子锚定”机制允许 IRX3 被锚定到一个“惰性”区域，使其远离具有强增强活性的 CRNDE。

  3. CRNDE 启动子劫持现象
    在 FTO 第 8 内含子 CTCF 位点被删除后，IRX3 的启动子开启与 CRNDE 超增强子的异常互作，最终实现异常基因表达。

  4. CTCF 本身的突变效应
    研究进一步证明，即便在没有 ftont8del 缺失的患者中，CTCF 突变引发类似的 IRX3 激活效应。

意义与价值

本研究首次提出“启动子锚定”的肿瘤抑制机制（tumor suppressor mechanism），即通过将致癌基因锚定到非活跃区域，避免其与近端增强子发生异常激活。具体而言，FTO 内含子 CTCF 结合位点的删除导致启动子与正常锚定位置的分离，使得远端增强子可以劫持癌基因的表达。

这一研究不仅揭示了 T-ALL 中 IRX3 激活的全新机制，也提示了非编码基因组大规模焦点缺失事件在肿瘤中的潜在功能。同时，鉴于 FTO 与 IRX3 之间复杂的调控关系（例如 FTO 突变的代谢病理学效应），研究结果可能对更广泛的病理学机制研究提供启发。

应用前景

尽管研究目前未直接探讨治疗策略，FTO 焦点缺失定位与 IRX3 调控中关键节点的鉴定，为未来开发分子靶向疗法和诊断标志物提供了可能性。

研究亮点

  1. 提出并验证了非编码基因组中“启动子锚定”的抑癌新机制。
  2. 揭示了 IRX3 癌基因激活的非传统长程调控路径。
  3. 展示了 CRNDE 超增强子的增强子劫持作用及其特异性表达模式。

在未来，类似此项研究的整合三维基因组技术和功能验证分析，将有机会解析其他癌症基因的非典型活化模式，为癌症的诊断、治疗和个体化管理提供新的思路。