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.2022年4月7日;29(4):577-592.e8。
doi:10.1016/j.stem.2022.02.010。 Epub 2022年3月11日。

髓系肿瘤中的层粘连蛋白B1缺失导致核异常和造血干细胞功能改变

附属公司

髓系肿瘤中的层粘连蛋白B1缺失导致核异常和造血干细胞功能改变

安德烈亚·赖利等。 细胞干细胞. .

摘要

核形态异常是恶性细胞广泛用于癌症诊断的标志。Pelger-Huét异常(PHA)是髓系肿瘤(MNs)中性粒细胞核形态的常见异常,其分子病因不明。我们发现,染色体5q上编码的核层粘连蛋白B1(LMNB1)的缺失(MNs中经常缺失)会导致与恶性肿瘤相关的核形态和人类造血干细胞(HSC)功能缺陷。LMNB1缺陷改变基因组组织,导致HSC体外和体内扩增、淋巴细胞承诺受损的髓系分化以及DNA损伤修复缺陷导致的基因组不稳定性。MNs患者中性粒细胞的核形态异常与跨越LMNB1位点的5q缺失相关,而在正常和5q缺失的中性粒细胞中,层粘连蛋白B1的缺失是必要的,也足以导致PHA。因此,LMNB1缺失导致获得性PHA,并通过基因组组织将异常核形态与HSC和祖细胞命运决定联系起来。

关键词:三维基因组;5q删除;基因组不稳定性;造血干细胞和祖细胞;谱系决定;髓样肿瘤;中性粒细胞;核层粘连蛋白;核形态。

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利益声明作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1。
图1.拉明B1缺失促进自我更新和髓系分化在体外.
答:。 LMNB1型mRNA表达(log2RPKM)与CD34相比+来自匹配健康对照的HSPC或骨髓单个核细胞(MNC);n=442份AML样本,13份CD34+样本,19个跨国公司样本****<0.0001,单因素方差分析,平均值±标准偏差。B。实验工作流程示意图LMNB1型CB或PB CD34中的击倒+单元格,以及LMNB1型del5q CD34+AML细胞中ORF的表达。C、。shRNAs靶向转导PB HSPCs中Lamin B1蛋白的表达LMNB1型(磅1中间或LB1润滑油)相对于HSP90控制。2个实验的平均值±SD。D类.控制的集落形成潜能,LB1中间或LB1润滑油每1000 CD34的CB HSPC+细胞。BFU/CFU-E=红系,G=粒细胞,M=巨噬细胞,GEMM=混合血统,nh=未血红蛋白化的红系。LB1的n=6和n=2实验的平均值±SD润滑油和LB1中间分别;组间无统计学差异,双向方差分析。电子每1000个初级CB HSPC的次级CFU菌落数。2-3个实验的平均值±SD*=0.011,单向方差分析。F、 G公司CD34的频率+对照组LB1培养11天后的细胞中间,或LB1润滑油CB HSPC。CD34型+CD38型=HSC和多能祖细胞,CD34+CD38型+=承诺的祖先。定量(F)和代表性流量图(G)显示n=2个实验的平均值±SD*=0.016(对于LB1)润滑油在CD34中+CD38型分数和**=0.0034(对于LB1)中间在CD38中+CD38型+分数,双向方差分析。H、 我骨髓细胞(CD11b)的频率+)或淋巴NK细胞(CD56+)或B细胞(CD19+)500个对照组的MS-5基质共培养4周后,LB1中间,或LB1润滑油CB HSPC。定量(H)和代表性流量图(I)显示n=2个实验的平均值±SD*<0.035, **所有比较均<0.005,双向方差分析。J型每1000 CD34原代del5q AML细胞的集落形成潜能+用对照或LMNB1型ORF(+LMNB1)慢病毒。n=4例AML患者样本,配对比率t吨-测试**=0.0053.K(K)差异表达基因的火山图(DEGs;log2倍数变化>0.5(UP)或<−0.5(DN),<0.01)在对照组或LB1中润滑油CB HSPC。L(左).对照组与LB1组GSEA分析中人类HSC和祖细胞基因签名的富集分数(Laurenti等人,2013)和Hallmark基因集润滑油CB HSPC,FDR q<0.05。另请参见图S1和图S2。
图2。
图2:拉明B1缺失促进髓系造血体内.
答:。控制或LB1雕刻润滑油将CB HSPC移植到NSG小鼠体内。小鼠移植14周,人细胞移植测定为人CD45的%+总骨髓细胞的转导细胞。2个独立实验的平均值±SEM,对照组n=14只小鼠,LB1组n=12只小鼠润滑油; *=0.023,韦尔奇氏t吨-测试。B、 C类CD33的频率+髓细胞和CD19+B细胞占人类CD45的百分比+细胞植入。定量(B)和代表性流图(C)显示n=2个独立实验的平均值±SD,n=14只对照小鼠,n=12只LB1小鼠润滑油; *两组均<0.025,Welch’st吨-测试。D、 E类.人类HSPC人群的频率占人类CD34的百分比+细胞移植后14周。2个独立实验的平均值±SD,每个条件由来自5只同等植入小鼠的细胞组成。定量(D)和流式细胞术门控策略(E)如所述(Doulatov等人,2010)。
图3。
图3人类HSC分化的单细胞分析体内.
A类.人控与LB1联合UMAP润滑油CD34型+HSPC经筛选和聚集后植入NSG小鼠(分辨率=6×10−4)使用Monocle 3 R包。单元格按原始数据集着色(控制=深灰色,LB1润滑油=淡蓝色)和簇(轮廓)根据已知谱系标记的表达进行手动注释。B类.相对表达式(log10)联合UMAP上的关键造血谱系标志物;黄色=最高表达水平(2.5),紫色=最低表达水平(0),灰色=未检测到转录本。C类基于合并数据集与使用SingleR包的人类血细胞图谱数据集的转录比较,指定预测细胞类型身份的UMAP。由Monocle 3确定的推断伪时间轨迹覆盖在图上。D类相对频率(对数2LB1中HSC和祖细胞的折叠变化润滑油基于无偏SingleR分析的对照HSPCs。电子.单个对照组或LB1中髓系和淋巴系决定因子表达的小提琴图润滑油SingleR预测的LMPP。中间表达式显示为白点。另请参见图S3。
图4。
图4:层粘连蛋白B1缺失损害MDS衍生细胞的DNA损伤修复。
A类MDS患者CD34的iPSC重新编程示意图+HSPCs及其衍生物TP53型+/R209英尺(TP53)和TP53型+/R209英尺;del5q(TP53;del5q)iPSC-MDS HPC。B类.LMNB1型MDS HPC mRNA表达,2个重复的平均值±SDTP53型+/R209英尺(TP53)和4个重复TP53;del5q,删除*<0.04,t吨-测试。C类层粘连蛋白B1的表达TP53型+/R209英尺(TP53)和TP53;del5q MDS HPC,通过控制(+ctrl)或LMNB1型ORF(+LMNB1)慢病毒;2个重复的平均值±SD**=0.0034.D类.TP53的GSEA分析中DNA损伤相关基因集的富集分数+/R209英尺(TP53)与TP53;del5q MDS HPC和控制与LB1润滑油CB HSPC,所有比较的FDR q<0.05。E.公司。微核率TP53型+/2009年版(TP53)和TP53;莫那斯特罗或诺卡唑治疗后的del5q HPC。2-3次实验的平均值±SD,每种条件下>230个细胞,诺康唑**<0.001,韦尔奇t检验,ns=无统计学意义。F、 G.公司。TP53中照射前(无IR)和照射后30分钟的γ-H2AX和53BP1病灶数;del5q MDS HPC表示控制或LMNB1型ORF(+LMNB1)。γ-H2AX病灶定量(F)和代表性图像定量(G)。箱线图显示n=2个组合实验的中位数和四分位数,每个条件>300个细胞,<0.0001,Mann-Whitney试验。比例尺=10μm。H、 我.对照组或LB1照射30分钟和5小时后γ-H2AX病灶数量润滑油CB热休克蛋白。γ-H2AX和核层粘连蛋白B1水平的定量(H)和代表性染色(I)。箱线图显示n=3个组合实验的中位数和四分位数,每个条件>300个细胞****<0.0001,Mann-Whitney试验。比例尺=10μm。另请参见图S4。
图5。
图5:层蛋白B1的缺失改变了3D染色质组织。
A类对照组或LB1的A和B隔间得分润滑油代表性基因组区域上的CB HSPC(染色体5:80–130 Mb)。蓝色表示PC1(A腔室)中的正信号,灰色表示PC2(B腔室)的负信号。来自2个合并副本的数据。B类与LB1相比,对照组在A和B隔室之间切换的基因组区域或没有切换隔室的区域的比例润滑油CB HSPC。来自2个合并副本的数据。C类.对照组和LB1的基因组距离上的平均全基因组Hi-C接触频率(深度归一化)的最佳拟合线润滑油CB HSPC;100 kb分辨率。D-F公司.控制或LB1的联系矩阵润滑油CB HSPC位于EBF1(EBF1)(D) ,HOXB型(E) ,以及CEBPB公司(F) 基因座。控制:控制右上角三角形中的触点;观察到:LB1润滑油左下角三角形中的触点。HOMER调用的有效循环用蓝色正方形表示。mRNA表达显示在右侧,2个重复的平均值±SD。原始Hi-C矩阵信号产生的虚拟4C轨迹表示启动子和增强子区域的相互作用信号。来自CD34的CTCF ChIP-seq轨道+脐血HSPC表示CTCF结合区和环锚定区。另请参见图S5。
图6。
图6:拉明B1缺失导致MDS/AML患者出现假阳性反应。
A类MDS患者中性粒细胞核形态异常评分(5q/LMNB1型删除)或控制(不带5q的MDS/LMNB1型删除)。病理学评分根据双叶或单叶PHA中性粒细胞的百分比计算,如下所示:0(未检测到),1(1-9%),2(10-25%),3(>25%)。韦尔奇近似t吨-测试**=0.008,平均值±SD。B类MDS病例比例(5q/LMNB1型删除)或控制(无5q/LMNB1型缺失)与异常的双叶或单叶PHA中性粒细胞。费希尔精确测试=0.0028.C类.来自对照组的中性粒细胞中核叶的数量,LB1中间,或LB1润滑油CB HSPC。中性粒细胞定量(左)和代表性May-Grunwald-Giemsa染色(右)。ANOVA Kruskal-Wallis检验,LB1的n=5个实验润滑油,n=2个LB1实验中间, ****<0.0001.D类.中性粒细胞表现出来自对照LB1的经典双倍“哑铃形”Pelger-Huet核形态的频率中间,或LB1润滑油CB HSPC。2-5个实验的平均值±SD**两个LB1均<0.01中间和LB1润滑油,t吨-测试。E、 F、。对照和LB1基因组距离上平均染色体1(E)或全基因组(F)Hi-C接触频率(深度标准化)的最佳拟合线润滑油CB HSPC和中性粒细胞;100 kb分辨率。右:代表性基因组区域(chr.1p)的接触热图,分辨率为500kb;颜色表明中性粒细胞和热休克蛋白细胞接触的差异。该框表示LB1中长程相互作用增加的区域润滑油与对照组中性粒细胞相比。G公司来源于TP53的中性粒细胞中的核瓣的数量;del5q MDS HPC过度表达控制或LMNB1型ORF公司。定量(左)和代表性May-Grunwald-Giemsa染色中性粒细胞(右)。Mann-Whitney测试,2个实验****<0.0001. 另请参见图S6。

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