自然遗传学。作者手稿;2018年12月1日PMC提供。
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UTX介导的增强子和染色质重塑通过ETS和GATA程序的非催化逆调节抑制髓系白血病的发生
,1,2 ,2 ,1,2 ,1 ,1 ,三 ,4 ,4 ,4 ,5 ,6 ,2 ,7 ,8 ,9 ,1 ,1 ,1 ,1 ,10 ,1 ,11 ,12,13 ,14,15 ,6 ,1,2,16,17,*和2,11,16,17,*
马尔戈扎塔·戈兹德卡
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
埃什瓦尔·梅杜里
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
米莲娜·马赞
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
Konstantinos Tzelepis公司
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
莫妮卡·杜德克
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
安德鲁·奈特
三基因调控基因组学,英国剑桥Hinxton Wellcome Trust Sanger研究所
梅赛德斯·帕尔多
4蛋白质组质谱学,英国Hinxton Wellcome Trust Genome校区Wellcome-Trust Sanger研究所
陆羽
4蛋白质组质谱学,英国Hinxton Wellcome Trust Genome校区Wellcome-Trust Sanger研究所
Jyoti S.Choudhary公司
4蛋白质组质谱,威康信托桑格研究所,威康信托基因组校区,英国欣克斯顿
埃马努伊尔·梅塔科比亚
5小鼠基因组学,Wellcome Trust Sanger Institute,Hinxton,Cambridge,UK
维维克·伊耶
6实验癌症遗传学,Wellcome Trust Sanger Institute,Hinxton,Cambridge,CB10 1SA,UK
海阳云
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
伊格纳西奥·瓦雷拉
8西班牙桑坦德坎塔布里亚大学生物医药与生物技术研究所(CSIC-UC-Sodercan)生物分子系
鲁本·鲍蒂斯塔
9英国欣克斯顿威康信托基因组校园威康信托桑格研究所新管道集团
格蕾丝·科洛德
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
奥利弗·多维
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
迪米特里奥斯·A·加里法洛
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
艾蒂安·德·布雷克勒
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
Saki Kondo公司
10日本东京大学医学研究所分子遗传学实验室
乔纳森·库珀
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
贝尔蒂·戈特根斯
11剑桥大学医学研究所和威康信托基金会/医学研究理事会、干细胞研究所和血液学系,英国剑桥大学
拉尔斯·布林格
12德国乌尔姆乌尔姆大学医学中心内科三系
13德国柏林慈善大学血液学、肿瘤学和肿瘤免疫学部医学部
保罗·A·诺斯科特
14德国海德堡德国癌症研究中心(DKFZ)儿科神经瘤科
15发育神经生物学,美国田纳西州孟菲斯圣裘德儿童研究医院
亚当斯
6实验癌症遗传学,Wellcome Trust Sanger Institute,Hinxton,Cambridge,CB10 1SA,UK
乔治·S·瓦西里奥
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
16英国剑桥大学医院NHS信托血液学系
布莱恩·亨特利
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
11剑桥大学医学研究所和威康信托基金会/医学研究理事会、干细胞研究所和血液学系,英国剑桥大学
16英国剑桥大学医院NHS信托血液学系
1英国Hinxton Wellcome Trust Sanger Institute血液肿瘤遗传学
2Wellcome Trust–英国剑桥大学剑桥生物医学校区MRC干细胞研究所
三基因调控基因组学,英国剑桥Hinxton Wellcome Trust Sanger研究所
4蛋白质组质谱学,英国Hinxton Wellcome Trust Genome校区Wellcome-Trust Sanger研究所
5小鼠基因组学,Wellcome Trust Sanger Institute,Hinxton,Cambridge,UK
6实验癌症遗传学,英国剑桥辛克斯顿威康信托桑格研究所,CB10 1SA
7英国威康信托桑格研究所测序研究小组
8西班牙桑坦德坎塔布里亚大学生物医药与生物技术研究所(CSIC-UC-Sodercan)生物分子系
9英国Hinxton Wellcome Trust Genome Campus Wellcome-Trust Sanger Institute新管道集团
10日本东京大学医学研究所分子遗传学实验室
11剑桥大学医学研究所和威康信托基金会/医学研究理事会、干细胞研究所和血液学系,英国剑桥大学
12德国乌尔姆乌尔姆大学医学中心内科三系
13德国柏林慈善大学血液学、肿瘤学和肿瘤免疫学部医学部
14德国海德堡德国癌症研究中心(DKFZ)儿科神经瘤科
15发育神经生物学,美国田纳西州孟菲斯圣犹达儿童研究医院
16英国剑桥大学医院NHS信托血液学系
17这些作者共同指导了这项工作:乔治·瓦西里奥(George S.Vassiliou)、布莱恩·亨特利(Brian J.P.Huntly)。
介绍
组蛋白的酶修饰在控制基因表达以协调多种生物过程中起着核心作用1JmjC-结构域包含的蛋白质普遍转录四三肽重复序列,X-连锁(UTX),其去甲基化和三甲基化组蛋白H3 Lys27(H3K27Me3)2是多种癌症类型中体细胞功能丧失突变的常见靶点三–8包括白血病9–12将完整的UTX重新导入突变的癌细胞会导致显著的转录变化和增殖减少7与UTX作为肿瘤抑制剂的作用相一致。然而,UTX抑制恶性肿瘤的机制研究很少。对UTX抑瘤功能的机制性见解来自对T细胞急性淋巴细胞白血病(T-ALL)的研究,其中缺乏UTX催化功能对T-ALL的启动和维持至关重要9重要的是,UTX公司T-ALL的突变几乎只在男性中发现,这反映了该基因与X基因连锁并逃避X失活的事实13例如,女性(而非男性)具有单一等位基因功能丧失UTX公司突变保留UTX公司表达14有趣的是,T-ALL基因的突变集中在催化JmjC结构域,而这种偏倚在其他癌症中并不存在,因为这些突变在基因中扩散15从而提高了不同抑瘤机制的可能性。具有潜在相关性的是,UTY,UTX的Y染色体同源物,由于影响底物结合的点取代,其去甲基化酶活性显著较低16相反,与UTX一样,UTY包含一个完整的参与蛋白-蛋白质相互作用的四三肽-重复区,并介导脱甲基酶诱导的依赖性功能17.活力十足,删除UTY大学在发生突变的癌细胞系中出现的频率高于预期UTX公司比那些没有这种突变的人7,提高了两个Paralog之间功能冗余的可能性。
以髓系恶性肿瘤为例,我们研究了犹他州肿瘤发生中的缺失及其与尤蒂在造血特异性丧失Utx公司我们的研究结果表明,UTX通过协同抑制原癌基因E-26(ETS)和维持肿瘤抑制GATA转录程序来阻止白血病的发生。这些功能由全基因组乙酰化H3 Lys27(H3K27Ac)、单甲基化H3Lys4(H3K4Me1)和染色质可及性的差异效应介导,其功能后果被UTY和酶死UTX拯救,证实其独立于脱甲基酶活性。
结果
纯合子缺失Utx公司诱导小鼠自发性白血病
为了研究UTX在造血系统中的功能,我们生成了条件-Utx公司-基因敲除小鼠,其中第3外显子Utx公司两侧是loxP站点(Utx公司飞行/飞行)18().Utx公司飞行/飞行将小鼠杂交到诱导物中Mx1-芯线路,从而实现高效Utx公司聚肌苷-多囊藻酸(pIpC)后造血干细胞和祖细胞(HSPC)中的重组,激活Mx1型发起人。Utx公司飞行/飞行;Mx1-芯用pIpC(以下表示Utx公司-/-小鼠)表现出Utx公司mRNA和蛋白质()与pIpC-治疗的水平相比Utx公司飞行/飞行小鼠(以下表示Utx公司+/+或野生型)。女性Utx公司-/-,Utx公司+/-和Utx公司+/+然后让小鼠衰老,并对其白血病发展进行长达22个月的监测。Utx公司-/-小鼠的存活率明显低于对照组Utx公司+/-和Utx公司+/+雌性小鼠(). 尸检时,Utx公司-/-小鼠脾脏重量显著增加()脾脏和骨髓(BM)中髓细胞占优势(). 白细胞计数(WBC)呈现出可变上升,血小板(PLT)和血红蛋白(HGB)水平均低于Utx公司+/+(补充图1 a-c). 组织学检查显示,大多数小鼠(63%)出现急性髓性白血病(AML)(). 相比之下,没有Utx公司+/-或Utx公司+/+小鼠发生AML。白血病脾细胞Utx公司-/-小鼠在二级受体中传播疾病()从而验证其全部致白血病潜能。七个外显子序列Utx公司-/-AML没有显示复发突变的基因,除了瘦身11(七个样本中的两个),仅偶尔更改拷贝数(补充图1 d-f). 为了更准确地模拟人类疾病,我们表达了AML1-ETO公司融合基因,通常与UTX公司突变10,19,20在里面Utx公司-/-HSPC,并观察到受体小鼠的存活率显著降低(补充图1 g-i).
Utx公司-/-小鼠发生急性髓系白血病(一)的结构Utx公司条件等位基因。(b条)第2-3外显子的qRT-PCRUtx公司确认Utx公司中的损失Utx公司-/-HSPC。显示平均值±s.e.m;n、 每个基因型的小鼠数量;P(P)通过双面t吨-试验,t=10.93,df=63。(c(c))免疫印迹显示UTX蛋白丢失犹他州-/-BM。显示了一个代表性实验的结果(n=3个实验)。未裁剪的图像如所示补充图12.MW,分子量;α-微管蛋白,负荷控制(d日)女性Kaplan-Meier生存曲线Utx公司-/-(平均483天),犹他州+/-(中位数661天)和Utx公司+/+(未达到中位存活率)小鼠;n、 每个基因型的小鼠数量;P(P)通过Log-rank(Mantel-Cox)测试,df=2。(电子)脾脏重量Utx公司-/-,Utx公司+/-和犹他州+/+小鼠;显示平均值±标准偏差;n、 每个基因型的小鼠数量;P(P)通过带Bonferroni校正的单向方差分析(ANOVA),t=2.554,df=55。((f))一例患者骨髓和脾细胞的MAC1/GR1荧光激活细胞分选(FACS)特征分析Utx公司-/-小鼠(n=12时观察到类似结果)。(克)指定基因型垂死小鼠的组织病理学诊断。每个基因型都显示了被诊断出患有癌症的小鼠数量和所分析的总数。B-ALL:B细胞ALL;MPN:骨髓增生性肿瘤;其他:非血液肿瘤;其他(n/s),未指定。(小时)显示了一只AML小鼠的特征组织学(在20只小鼠中观察到类似结果)。Sp,脾脏;李,肝脏。(我)移植瘤小鼠的Kaplan-Meier生存曲线Utx公司-/-白血病:AL(n=5)、T-ALL(n=6)和2例AML(n=9)。
HSPC数量、功能和分化的解除调节犹他州损失
我们的发现表明Utx公司丢失使HSPC处于白血病前状态,其转化依赖于额外的突变。为了确定白血病前期的特征,我们在发病后早期对小鼠进行了分析Utx公司缺失(pIpC后4-5周)。如前所述21,Utx公司-/-小鼠脾脏肿大(). 接下来,我们研究了UTX对造血分化和HSPC室成分的影响,HSPC室可能是转化的初始靶细胞的庇护所。Utx公司-/-小鼠HSPC祖细胞显著扩增(血统阴性,Lin-)(),提高了长期和短期造血干细胞(分别为LT-HSC和ST-HSC)的频率(和补充图2a)粒-单核祖细胞(GMP)和普通髓系祖细胞(CMP)增加,巨核红细胞祖细胞(MEP)亚群减少(和补充图2b)以及常见淋巴祖细胞(CLP)的显著减少(和补充图2c). 为了评估热休克蛋白C的功能,我们进行了一系列的再植分析,观察到细胞的自我更新和增殖潜能增强Utx公司-/-祖先(和补充图3a). 关于BM、脾脏和血液中成熟细胞数量,在pIpC后5周仅观察到外周血血小板减少(补充图3b-d). 然而,在随后的时间点(pIpC后36周),其他健康动物的外周血MAC1也增加+骨髓细胞和白细胞总数以及B细胞减少Utx公司-/-与…相比Utx公司+/+老鼠(补充图3e-g). 总的来说,这些结果表明双等位基因缺失Utx公司导致热休克蛋白细胞及其子代的组成、功能和分化发生显著和渐进性变化,包括自我更新增强、髓系扩张以及淋巴细胞和红系/巨核细胞分化受阻().
Utx公司失血会使造血干/祖细胞膨胀,并产生髓系偏倚,这些特征由尤蒂.a–d,白血病前期脾脏(一),脾脏重量(t=10.93,df=63)(b条)和林氏频率−细胞(HSPC)(t=6.908,df=9)(c(c))、LT-HSC(t=3.712,df=9)和ST-HSC(d日)BM中的Utx公司+/+和Utx公司−/−小鼠(t=4.049,df=9)。电子,CMP、GMP和MEP的代表性流式细胞术图谱(对其他5只小鼠观察到类似的结果)。(f)、林的量化−Sca1类−c-套件+(LK)(t=2.927,df=14),CMP(t=3.518,df=14]),GMP(t=3.608,df=14])和MEP(t=0.181,df=15]Utx公司+/+和Utx公司−/−老鼠。克,BM中的CLP频率Utx公司+/+和Utx公司−/−小鼠(t=3.534,df=5)。小时,来源于Utx公司+/+,Utx公司+/负极和Utx公司−/−(用于Utx公司+/+对Utx公司−/−镀层中:1,t=7.164;df=19;2,t=3.991,df=19;3,t=0.7332,df=13;4,t=5.489,df=11;5,t=3.292,df=11)我,祖细胞分化示意图总结Utx公司−/−.绿色箭头,优先区分;红线,分化块。MPP,多能祖细胞;LMPP,淋巴启动的多潜能祖细胞。j个,Kaplan–Meier生存曲线犹他州−/年和Utx公司+/Y(Y)与…相比Utx公司−/−;P(P)=两者之间无显著差异Utx公司−/年和Utx公司+/年通过log-rank(Mantel–Cox)测试,df=1。k个垂死小鼠的组织病理学诊断。每个基因型都显示了被诊断患有癌症的小鼠数量和分析的总数。我,祖细胞分化示意图总结Utx公司−/年.m、 n个,串行重放(米)和扩散(n个)表达Cas9的HSPC尤蒂编辑。每个基因型从n=3只小鼠中分离细胞;显示平均值±标准偏差;P(P)通过带Bonferroni校正的单向方差分析(P(P)为显示案例9,Utx−/年gRNA-尤蒂对案例9,Utx+/Y(Y)gRNA-尤蒂,镀层单位为m:3(t=4.313,df=8),4(t=5.522,df=9);在里面n个培养天数:4天(t=3.176,df=8);6,(t=3.994,df=8);7,(t=4.537,df=7)。在c、 d、f和克,显示平均值±s.e.m;n、 小鼠数量;P(P)通过双侧t检验。在b条和小时,显示平均值±标准偏差;P(P)通过Bonferroni校正的单因素方差分析。
UTY还抑制白血病诱导并挽救UTX缺乏的白血病前表型
为了确定UTY在抑制白血病发生中的可能作用,我们还监测了半合子(Utx公司-/Y(Y),缺少Utx公司但表达尤蒂)和控制(Utx公司+/年)同一时间段的雄性小鼠。与之形成鲜明对比的是Utx公司-/-女性,Utx公司-/Y(Y)男性在生存率或血液学表型方面与Utx公司+/年老鼠(). 特别是,我们观察到脾脏和肝脏重量、白细胞计数、血小板和血红蛋白水平没有差异(补充图3h-l). 此外,没有Utx公司-/Y(Y)小鼠发生AML,表明UTY也抑制髓系白血病的发生(). 同样,除了MEP和CLP亚区的减少外,半合子男性中UTY的存在足以消除白血病前HSPC的异常(和补充图4a-i). 重要的是,CRISPR-Cas9介导的基因敲除尤蒂在里面Utx公司-/Y(Y)小鼠增加了热休克蛋白C的自我更新,从而重演了Utx公司-/-雌性小鼠().
由于UTY和UTX蛋白之间唯一的显著差异是前者缺乏催化活性,这些发现表明催化活性对其抑癌功能来说是不必要的。为了进一步验证这一假设,我们鉴定了一种AML细胞系MONO-MAC6,其两种基因均缺失UTX公司和UTY大学.慢病毒表达UTX公司,UTY大学或是催化死亡UTX公司突变体(UTX-MT2型)22在MONO-MAC6中证实了这一假设:所有结构均显著抑制增殖在体外(). 在异种移植试验中,MONO-MAC6表达UTX公司,UTX-MT2型或UTY大学,与相比旗帜-表达对照细胞,显示生长较慢,受体存活时间显著延长(). 总之,这些研究表明,UTX的抑癌功能不需要其催化活性,并且与其催化活性的副产物UTY共享。
通过UTX抑制肿瘤不需要H3K27去甲基化酶活性。一,研究的实验方法UTX公司-FLAG、UTX、UTY和UTX-MT2表达后突变的MONO-MAC6细胞。b条与FLAG相比,UTX、UTY和UTX-MT2降低了MONO-MAC6的增殖;显示平均值±标准偏差;n、 独立文化数量;P(P)通过带Bonferroni校正的单向方差分析。第3天(与FLAG相比):UTX(t=5633;df=8),UTY(t=3,95;df=9);第4天:UTX(t=6.866;df=8),UTY(t=5.444;df=8);第5天:UTX(t=4.976;df=8),UTY(t=4.216;df=8)。c(c),半固体培养基中菌落形成。顶部,在n=3个培养基中观察到类似结果;底部,菌落量化。显示平均值±标准误差;n=3种独立培养基;通过带Bonferroni校正的单向方差分析得出P;与FLAG相比:UTX t=10.19,df=8;UTX-MT2 t=10.36,df=8;UTY t=7.955;df=8。d、 e(电子),体内移植到免疫缺陷小鼠后的生长。用荧光素酶表达载体转导细胞,并在移植后第6、20和27天对小鼠进行成像。d、 定量生物发光,显示为平均值±标准偏差。;P(P)通过带Bonferroni校正的单向方差分析:**P(P)(FLAG与UTX)=0.0131,t=3.317,df=16;P(P)(FLAG与UTY)=0.0242,t=3.025,df=16;P(P)(FLAG与UTX-MT2)=0.0095,t=3.469,df=16;*对(FLAG与UTX)=0.0013,t=4.408,df=16;P(P)(FLAG与UTY)=0.1284,t=2.2,df=16;对于P(FLAG与UTX-MT2)=0.0010,t=4.524;df=16。e中,小鼠生物发光成像。(f)、移植小鼠的Kaplan–Meier生存曲线;n、 小鼠数量,P(P)通过log-rank(Mantel–Cox)测试,报告与FLAG,df=1。克,AML细胞系中UTX的免疫印迹分析;在n=3实验中也观察到类似的结果。未裁剪的图像如所示补充图12.α-微管蛋白,负荷控制。h、 我,急性髓细胞白血病UTY的qRT-PCR(小时)以及UTX突变的非造血癌细胞系(我). 在小时和我,显示平均值±s.e.m;n=3个独立的细胞培养。
两者的伴随损失UTX公司和UTY大学肿瘤抑制发生在多种人类癌症类型中
我们的发现表明UTY可以抑制髓系白血病的发生;然而,与T-ALL不同14,UTX公司-突变AML病例没有性别偏见。因此,我们分析了UTY大学在携带UTX公司突变,通过COSMIC数据库识别(). 我们确认损失UTY大学在所有四个研究的男性AML细胞系中表达UTX公司突变/缺失(). 来自COSMIC的外显子组测序数据分析表明,所有株系都含有UTY大学微缺失。系统地扩展我们的分析,我们鉴定出另外7个男性造血细胞系UTX公司突变,其中四个品系UTY大学微缺失(补充表1). 引人注目的是,在信息性实体器官癌中,20/25(80%)UTX公司-突变雄性细胞系也证明UTY大学微缺失/突变(补充表1),我们确认损失UTY大学子集中的表达式(10/13;).
综合基因组尺度分析确定增强子功能改变是白血病发生的介导因素Utx公司损失
为了确定UTX介导的白血病抑制的分子基础,我们对年龄匹配的白血病前期HSPC进行了综合基因组分析、RNA-Seq、染色质免疫沉淀(ChIP)-Seq和转座酶可获得染色质测序(ATAC-Seq)分析Utx公司-/-,Utx公司-/Y(Y)和Utx公司+/+老鼠。正如预期的那样,与对照组相比,差异表达基因的数量显著增加Utx公司-/-比Utx公司-/Y(Y)(4497对673个基因,P(P)< 0.05;补充表2-4). 因为失去了单身Utx公司等位基因不会导致半合子AMLUtx公司-/Y(Y)男性,我们从随后的分析中删除了这673个基因。关注用对数差异表达的mRNA2倍数变化(FC)高于0.5或低于-0.5,我们鉴定了2686个基因(). 有趣的是,UTX仅仅是一种转录激活物,这与人们的直觉有些背道而驰,在UTX作用后,类似数量的基因上调(1517,57%),下调(1169,43%)Utx公司损失。重要的是,尽管其他基因在进化为frank AML时也有差异表达Utx公司-/-保留了白血病前转录程序的实质性成分(和补充表5). 在野生型小鼠中使用ChIP-Seq,我们记录了8304个UTX结合位点,对应于6734个基因(补充表6)其中大多数发现于启动子或基因体内(). 与基因表达的相关性表明,581/1169(50%)下调的基因座和614/1517(40%)上调的基因座与UTX结合(补充表7)从而表明大约一半的解除调控的基因是UTX的直接靶点()支持UTX可以是转录激活物或阻遏物的观点。
Utx公司损失主要通过影响H3K27乙酰化来驱动基因表达的上下调节一,白血病前HSPC基因表达变化Utx公司−/−雌性(n=2只小鼠)和Utx公司−/年雄性(n=2只小鼠)与性别匹配的野生型对照组(n=2只小鼠)进行比较;调整后的基因P(P)显示<0.05。减去男性与女性差异表达的基因定义了一个有趣的差异转录程序;日志2折叠变化(FC)(-0.5>对数2FC>0.5)。b条、原木火山图2FC(–0.5>日志2FC>0.5)并进行调整P(P)<0.05(仅具有P(P)值介于0.05和1×10之间−38(如图所示)。在一和b条,P(P)值是用负二项广义线性模型(DESeq2)生成的。c(c),中差异表达基因之间的重叠Utx公司−/−白血病前HSPC(2只小鼠)和AML(3只小鼠),分别与Utx公司+/+HSPCs(n=2只小鼠);P(P)通过超几何检验。基因下降、减少或峰值;向上,基因或峰值增加。d日,UTX ChIP–seq在基因组注释区域的分布达到峰值。电子,白血病前期差异表达人群中UTX结合基因的高度富集Utx公司−/−HSPC;P通过超几何检验。f–小时,H3K27me3((f)),H3K27ac(克)和H3K4me1(小时)所有(全局变化)或差异修改区域(局部变化)的密度图(左)和平均读取计数(右)。H3K27me3信号密度显示只有302个基因组区域被差异修饰,而类似的图显示H3K17ac有5120个差异修饰,H3K4me1有4552个差异修饰Utx公司−/−对Utx公司+/+HSPC。箭头显示每个基因型的每个复制(小鼠)。使用DiffBind工具计算错误发现率(FDR);n=2只小鼠/基因型。曲线以峰值为中心,按比例绘制,每个位点±1 kb。中折线图中的阴影区域f–h指示标准错误。
与我们的发现一致,H3 Lys27-脱甲基酶活性在肿瘤抑制中是多余的,在两组中仅观察到302个差异修饰的H3K27Me3峰Utx公司-/-和Utx公司+/+HSPC公司。进一步证实了这一观点,大多数(200/302,67%)也表明修饰减少而不是增加(和补充表8). 与此形成鲜明对比的是,同一赖氨酸残基H3-Lys27的配位乙酰化在Utx公司-/-与…相比Utx公司+/+老鼠。我们观察到5121个区域在两个方向上存在差异H3K27Ac(对应于2916个基因位点),其中3442个峰值(2054个基因位点(和补充表9和10). 将这些假定的增强子区域与最近发表的造血干细胞和祖细胞系HPC7中基于启动子的捕获-HiC数据集进行比较(参考文献。23),我们观察到23%的上调区域和32%的下调区域与启动子相互作用(补充图5a-c),从而提示UTX损失的实质性增强子重塑。观察到的变化是位点特异性的,因为H3K27Ac和H3K27 Me3的全球水平在Utx公司+/+和Utx公司-/-BM公司(补充图5d). 为了定义染色质上的直接共现,我们重叠了UTX峰和差异H3K27Ac区域。然而,我们发现只有适度的共现现象,只有282/5121个区域(6%)是共同的(补充图5e). 然后将具有差异H3K27Ac的UTX峰和区域注释为其相关/相邻基因,定义更大的基因组区域进行比较。与有限的峰对峰共现相反,当我们比较显示差异H3K27Ac和UTX结合的全基因位点时,我们发现1396/2916个区域的高度显著重叠(48%,补充图5f和补充表11)从而表明UTX间接调节与其结合相邻区域的乙酰化。为了进一步探讨UTX对增强子功能的影响,我们对白血病前期的典型增强子定义标记H3K4Me1进行了ChIP-SeqUtx公司-/-和Utx公司+/+HSPC。特别有趣的是,H3K4Me1由KMT2C/D存放,KMT2C/D是已知UTX交互伙伴的COMPASS复合体组件24。我们观察到4552个差异修饰的H3K4Me1峰(和补充表12); 其中大多数(3898)在Utx公司-/-老鼠。不同下调的H3K4Me1区域与同样丢失H3K27Ac的峰高度相关(1589个共有峰,46%重叠)。UTX在这些位点没有直接结合,因此提示UTX和COMPASS复合体在早期增强子规范中的间接作用。总之,这些数据证实了H3K27去甲基化酶活性对肿瘤抑制是不必要的,确定了UTX既是转录激活物又是阻遏物,并表明UTX/COMPASS介导的增强子间接调控对转化很重要。
损失Utx公司在白血病发展过程中激活致癌ETS转录程序
正如我们的基因组数据显示的那样,激活染色质标记的丢失和增加以及基因表达的上调和下调Utx公司我们推测这两个过程对白血病的发展都是必要的,但可能由不同的机制介导。因此,我们分别分析了上调和下调的基因程序。值得注意的是,一些ETS转录因子,包括精灵4,其他版本6,爱尔兰,飞行1,Ets2、Spi1和麋鹿3之后立即上调犹他州白血病前期损失(). 重要的是,这些ETS因子的过度表达持续存在于Utx公司-/-反洗钱(). 基因集富集分析(GSEA)也表明白血病前期转录程序上调与肿瘤ETS因子融合EWSR1-FLI1基因敲除后抑制的基因之间存在显著相关性(). 此外,614个UTX结合和上调基因的基序分析表明,ETS结合基序显著富集(和补充表30). 为了直接将ETS程序与白血病发生联系起来,我们绘制了ETS因子SPI1(PU.1)在小鼠体内的全球染色质占有率Utx公司-/-和Utx公司+/+HSPC。我们在Utx公司-/-(补充表13). 许多编码ETS因子的基因在Utx公司-/-并在野生型细胞中直接与UTX结合,包括其他2和飞行1在没有UTX的情况下,PU.1启动子占有率较高(补充图5g). 这些数据表明,在缺乏Utx公司然而,在全球范围内,UTX结合与PU.1染色质占有率没有共定位(只有115个峰/14198,0.8%),因此表明PU.1结合的广泛再分配可能与其过度表达有关。已知ETS因子可招募组蛋白乙酰转移酶25,从而增加H3K27Ac的沉积。因此,我们接下来询问是否在Utx公司-/-可能与PU.1结合的UTX依赖性再分配有关。事实上,我们观察到51%的H3K4Me1(335/654)峰和30%的H3K27Ac(470/1679)峰也表明PU.1结合增加(补充图6a、b). 这些直接结合数据为增强标记的增加提供了一个机制性解释Utx公司损失。
Utx公司缺失激活致癌ETS转录程序,同时抑制GATA程序a、 b、,白血病前期(n=2只小鼠)(a)和AML差异表达基因的火山图Utx公司−/−(n=3只小鼠)(b条)与野生型对照组(n=2只小鼠)相比,显示多种ETS因子(红点)过度表达。FC(-0.5<对数2FC>0.5)并进行调整P(P)<0.05(仅具有P(P)值介于0.05和1×10之间−38如图所示);P(P)值在DESeq2中生成。c(c)GSEA图显示与EWSR1–FLI1融合驱动的已知ETS致癌程序有显著重叠。前缀“si”表示短干扰RNA。Kinsey数据来自GSEA数据库(URL)。d日与过度表达基因重叠的UTX ChIP–seq峰的Motif分析;数字表示基序等级。电子编辑指定基因后,MONO-MAC6增殖。将BFP阳性分数与未转导人群进行比较,并将每个gRNA归一化到第4天。显示平均值±标准差;n、 独立细胞培养的数量;P(P)通过带Bonferroni校正的单向方差分析;P(P)显示第19天与对照组gRNA(空)的比较:ELF4(t=32.32)、ETV6(t=10.03)、FLI1(t=41.1)、ETS1(t=15.85)、SPI1(t=33.56)、ELF1(t=3.967)和ERG(t=12.35);df=16。(f),GSEA图显示差异表达的基因在Utx公司−/−HSPC具有GATA2目标的已发布数据集。克,对3442个下调的H3K27ac峰值(FDR<1%,FC<–1.5)进行Motif分析Utx公司−/−HSPCs;数字表示基序等级。Huang数据来自GSEA数据库(URL)。小时,从小鼠髓系细胞(416B)免疫沉淀内源性UTX后通过质谱鉴定的选定蛋白质(n=2个独立细胞培养物)。主题和统计分析d日和克在HOMER软件中确定(方法和补充表30).
为了研究放松调控的ETS因子的功能重要性,我们使用CRISPR-Cas9基因组编辑来清除其中几个因子案例9-表达,UTX公司/UTY大学突变体,MONO-MAC6细胞。重要的是,我们在编辑相同的ETS因子后立即观察到显著的生长抑制Utx公司损失:FLI1公司,ERG公司,SPI1号机组(聚氨酯1),ETS1型、和ELF4级(). 这些数据表明,ETS因素在UTX公司/UTY大学损失。
Utx公司缺失影响BRG1(SMARCA4)依赖性染色质重塑,从而在白血病发展过程中抑制肿瘤抑制GATA程序
下调基因表达计划的GSEA证明GATA2靶点富集(). 此外,3442个区域的基序分析显示H3K27Ac在Utx公司这一损失显示了GATA结合主题的显著且几乎是唯一的丰富性(和补充表30). 与ETS基序类似,H3K27Ac的缺失与UTX结合没有直接重叠(补充图6c、d)但发生在附近,可能影响到相同的基因(补充图6e和补充表14). 为了更好地了解UTX对GATA和ETS位点乙酰化变化的间接影响,我们对小鼠骨髓细胞系416B进行了内源性UTX的下拉,并随后进行了质谱分析。我们没有观察到UTX与ETS因子或GATA2的相互作用,但我们确实发现了多个已知的UTX相互作用者,包括KMT2C/D和其他COMPASS成员(和补充表15和16). 有趣的是,我们的蛋白质组分析还显示了UTX与ATP依赖的染色质重塑复合物成员SMARCA4(BRG1)和CHD4之间的低水平相互作用,我们进一步验证了这一点(补充图6f). 推测乙酰化和GATA结合的变化是通过染色质可及性的改变而发生的,我们对白血病前期患者进行了ATAC-Seq分析Utx公司-/-HSPC和Utx公司+/+控制。引人注目的是,我们观察到染色质可及性发生了显著的双向变化,包括7200个染色质可获性降低的位点和5244个在Utx公司损失(补充表17和18). 染色质可及性的丧失与H3K27Ac(2274/3442峰,73%)和H3K4Me1沉积(2264/3898,58%)的减少密切相关(补充图7a、d)基因表达减少(补充图7b和补充表19). 此外,对封闭染色质位点的分析表明,GATA基序显著富集(和补充图7a,b). HPC-7中GATA2峰的比较(参考。26)具有差异染色质可及性Utx公司-/-HSPC仅与封闭的染色质区域直接相关(15%,409/2796个峰),因为只有0.7%(19/2796个峰)与开放的染色质重叠。和以前一样,在闭合染色质和UTX结合之间只发现有限的重叠(补充图7c). 接下来我们询问UTX是否与染色质上的BRG1和CHD4结合。重要的是,我们观察到一个高度显著的重叠,91%(7541/8304个峰)的UTX位点与发表的ChIP-Seq中的BRG1和CHD4结合27(). 为了验证共现性,我们采用了CRISPR-Cas9基因组编辑Utx公司416B细胞靶向Utx公司外显子3,重述我们的小鼠模型。我们观察到样本位点BRG1和CHD4的染色质结合显著降低(事件1和Lrrc8c公司)在没有UTX的情况下,与UTX在包含这些蛋白质的复合物的招募中的作用一致(补充图7e-g).
UTX与染色质修饰剂相互作用以保持染色质的可及性。a、 b条,ATAC的Motif分析–seq已关闭(一)并打开(b条)山峰,显示出前者的GATA主题和后者的ETS主题以及其他主题的戏剧性丰富。数字表示图案等级。在HOMER软件中进行主题和统计分析(补充表30).c、 日期:,GATA2、UTX、ATAC–seq和H3K27ac ChIP–seq的基因组快照Utx公司+/+和Utx公司−/−HSPC位于其他2(c) 和蒸汽3位点(d日). 未发现GATA2与动态闭合染色质结合的结肠化和UTX丢失后H3K27ac的丢失,也没有发现GATA2-UTX共结合的证据。相比之下,染色质重塑物SMARCA4和CHD4的结合直接与UTX结合共定位(下两条轨道)。在其他2在UTX丢失后,在未被UTX或染色质重塑物直接结合的区域也可以看到新的染色质。电子UTX结合基因组位点上UTX、SMARCA4和CHD4 ChIP–seq的密度图;维恩图显示了所有UTX、SMARCA4和CHD4 ChIP–seq峰值之间的重叠;P(P)通过Fisher对ChIP的精确测试-序列:UTX与SMARCA4/CHD4。f、,PU.1占位的示意图主要出现在闭合染色质上。克与增强PU.1结合相关的基因重叠Utx公司−/−)从白血病前期(PL)到急性髓细胞白血病(AML),染色质封闭,基因表达发生变化。对于PU.1 ChIP–seq,n=3只小鼠;ATAC–seq,n=3只小鼠;PL RNA-seq,n=2只小鼠;AML RNA-seq,n=3只小鼠。P(P)通过超几何检验。小时,基因组快照显示PU.1在Utx公司−/−HSPC发生在拉布11a基因座及其与PL和AML RNA-seq的相关性。拉布11a表达仅在AML进展后增加。
为了进一步探讨UTX依赖性染色质重塑的分子机制,我们分析了BRG1和CHD4在Utx公司-/-和Utx公司+/+HSPC。我们过去了Utx公司飞行/飞行;Mx1-芯小鼠案例9-表达小鼠28和诱导Utx公司删除。基因缺失五周后,我们分离出HSPC,并使用CRISPR-Cas9基因组编辑来靶向Smarca4型和变更4,使用空引导RNA(gRNA)构建作为对照。然后我们通过ATAC-Seq分析染色质可及性,假设斯马卡4和/或变更4将至少部分模拟UTX丢失的影响。我们发现1150个网站的可访问性在斯马卡4编辑,只有16个位点的可及性增加,因此表明SMARCA4主要参与特定开放染色质基因座的开放或维持(补充表20). 然后我们将这些站点与不同区域重叠Utx公司+/+对Utx公司-/-细胞,使用相同的培养条件(2871个峰;补充表21). 我们发现21%(244/1150)的地区斯马卡4-编辑的单元格与之后关闭的站点重叠Utx公司删除(补充图8a-b). 值得注意的是,当斯马卡4在中编辑Utx公司-/-单元格(补充表22). 这表明UTX和SMARCA4在染色质可及性方面存在一定程度的功能冗余。通过对这244个位点进行基序分析,我们再次观察到GATA基序的高度富集(补充图8a-b). CHD4的类似分析表明Utx公司损失(补充图8c和补充表23). 这些发现以及我们的蛋白质组数据表明,UTX与SMARCA4相互作用,随后在GATA结合区域保持染色质可及性。
Utx公司缺失使染色质可以接近其他转录因子,并促进ETS因子在AML进化过程中的先导作用
对于ATAC新访问的站点,顺序如下Utx公司相反,这些位点与H3K27Ac增加相关(766/1679个峰,45%;补充图9a),H3K4Me1(438/654个峰,67%;补充图9b)基因表达接近可及位点(389/1517,25%;补充图9c和补充表24). 此外,对新进入位点的基序分析显示,除了ETS因子外,还富集了许多转录因子,包括ASCL1、E2A、EBF、PTF1a、TCF12(). 前五个基序中的三个转录因子(ASCL1、EBF、PTF1A)在MONO-MAC6中没有表达。评估剩余两个表达的TF TCF3(E2A)和TCF12(HEB)的功能相关性,我们在MONO-MAC6中使用CRISPR-Cas9编辑,并观察到两种TF基因敲除后细胞生长显著下降TCF3公司或2012财年TCF(补充图9d)这些数据表明,在没有UTX的情况下,TCF3和TCF12的转录活性维持AML的增长。在评估ETS位点时,在没有UTX的情况下获得的PU.1结合位点仅与白血病前期开放染色质的重叠最小(758/8329个峰,9%)。然而,值得关注的是,尽管剩余的91%(7592个峰值,与3450个基因相关)发生在白血病前期的ATAC不可访问的染色质中,并且在白血病发生后对基因表达没有影响Utx公司我们的研究表明,这些连锁基因中691个(20%)的表达在AML后期的转变中上调(和补充表25和26). 这些数据表明,重新分配的ETS TF的先驱功能“启动”了AML演变过程中上调的晚期致白血病转录程序。
讨论
UTX抑制肿瘤的机制以前被认为依赖于其去甲基化酶催化功能,这一观点得到了T-ALL数据的支持9,14然而,在AML的演变过程中,我们证明UTX的去甲基化酶功能对于肿瘤抑制是多余的。UTX的非催化功能以前已经在胚胎发育中得到证实22,29,30在乳腺管腔谱系发育中31据报道,UTX催化活性可上调主转录因子PLZF的表达,并调节不变自然杀伤T细胞中超增强子的可及性32此外,UTX功能最近通过协调COMPASS介导的H3K4单甲基化和CREBBP/p300介导的H3K27Ac沉积与增强子活性和基因激活有关33,正如这里所展示的那样。然而,到目前为止,还没有证明这些功能在肿瘤抑制中的作用。此外,我们的研究证实并定义了频繁共现的分子基础UTX公司和UTY大学突变/丢失6,7,明确UTY本身是一种肿瘤抑制因子,并强调UTX/UTY作为主要肿瘤抑制介质的非催化功能。
与普遍认为UTX只是一种转录激活剂的看法相反17,我们的研究确定它也具有阻遏作用。我们证明,它的缺失导致染色质可及性的显著改变,H3K27Ac的双向改变,H3K4Me1的主要缺失,以及基因表达的协调变化,这些变化赋予了HSPCs的前白细胞特性,并在AML的进化过程中保持(补充图11). 尤其是,UTX缺失上调了由ETS先驱转录因子家族驱动的转录程序34–36ETS因子已知致癌37,38.单个ETS因子ERG的过度表达能够在小鼠中产生AML39、和ERG公司表达水平是人类AML最强的预后因素之一40样本ETS因子PU.1的新结合事件导致染色质可及性增加,增强子修饰激活,通过其先导活性,基因激活发生在白血病进化的后期。此外,UTX的缺失还通过失去染色质可及性和局部H3K27乙酰化下调了GATA-驱动基因的程序。GATA因子也是造血和白血病的关键调节因子41,以及生殖系和体细胞功能丧失突变GATA2协议AML中所述42,43总之,我们的数据表明,UTX缺失协调了一种“双重打击”机制,使人想起基因组反转,该机制移除了一个关键的增强子,从而下调GATA2表达并重新定位,从而驱动转录因子EVI1的致癌表达(参考文献。44).
我们的蛋白质组数据还表明,非催化肿瘤抑制功能是通过与UTX/UTY的另一个主要蛋白结构域四肽重复序列的蛋白-蛋白质相互作用来实现的17我们证明了髓系细胞中内源性UTX与含有KMT2C/D的COMPASS复合物以及ATP依赖的染色质重塑因子SMARCA4和CHD4之间的蛋白质相互作用。UTX和SMARCA4之间的相互作用以前在T淋巴细胞中被证实45以及心脏发育期间46.损失Utx公司导致典型早期增强子标记H3K4Me1的沉积显著减少。值得注意的是KMT2D公司导致了大多数(60-80%)歌舞伎综合征病例UTX公司突变导致约10%的病例,从而突出了这两种蛋白质之间的机制联系。此外,我们可以证明UTX、SMARCA4和CHD4的共有性(参考。27)UTX缺失后染色质可及性改变相关的特定基因组位点(). 此外,我们还从功能上证明,SMARCA4缺失至少部分地再现了染色质可及性缺失的表型Utx公司删除。最近的研究表明,含有SMARCA4的BAF复合物与染色质结合需要H3K4Me1,并增强BAF染色质重塑活性47我们自己的数据证实并扩展了这一模型,进一步定义了UTX在通过SMARCA4将H3K4Me1沉积与染色质重塑联系起来的作用。总之,这些机制数据表明,UTX的缺失导致ETS转录因子活性上调,具有即时和后期的先导效应,从而促进染色质可及性,以及COMPASS介导的H3K4Me1增强子规范和SMARCA4介导的染色质可获性的失配。总之,这些反应导致了诱导和维持白血病的基因表达模式的改变(补充图11).
我们的研究发现,UTX是一种复杂的转录调节因子,能够通过影响先驱转录因子、增强因子功能和染色质可及性来激活或抑制转录。这些结果对于UTX在肿瘤抑制和其他关键细胞过程中的作用具有明显的意义。最后,我们的框架UTY大学作为一个真诚地抑癌基因确立了Y染色体特异性基因在致癌中的致病作用,并为不同癌症类型中Y染色体丢失的作用以及与年龄相关的克隆性造血在其他健康男性中的重要性提供了新的线索48–50.
方法
老鼠
根据1986年《动物科学程序法》,体内实验是根据英国内政部颁发的项目许可证PPL 80/2564进行的。这个犹他州小鼠模型C57Bl6是桑格研究所开发的。Utx公司飞行/飞行小鼠与Flpe小鼠杂交,然后与Mx1-Cre小鼠杂交。Cre公司用pIpC腹腔注射5-6周龄小鼠(Sigma P1530,400µg/小鼠;10天内五次给药)诱导表达。所有白血病前实验均在pIpC注射后4-6周进行。案例9-表达小鼠与之前报道的一样28.
细胞系
293FT(Invitrogen)在补充有10%FBS的DMEM(Invitrogen)中培养。416B细胞在RPMI1640(Invitrogen)、10%FBS中培养。SN12C、KU-19-19、KYSE-180和HCC2998在补充有10%FBS(Invitrogen)的RPMI(Invitrogen)中培养;J82、UM-UC-3和FADU在10%FBS的EMEM(Invitrogen)中培养;CAL-27和VM-CUB-1在DMEM(Invitrogen)、10%FBS中培养。SW684在L15、10%FBS中培养。LB996-RCC在IMDM(Invit罗gen)和10%FBS(Invitorgen)中培养。D-423MG在Gibco Zin-Option(Invitrogen),10%FBS中培养;RPMI和Ham’s F12中的KYSE-270,2%FBS。每个培养基补充1%青霉素-链霉素-谷氨酰胺(PSG,Invitrogen)。AML细胞系:MV4-11、MONO-MAC6和THP1在添加10%FBS和1%PSG的RPMI1640(Invitrogen)中培养。OCI-AML2和OCI-AML3在alpha-MEM(Lonza)、20%FBS和1%PSG中培养。所有癌细胞系均来自桑格研究所肿瘤细胞收集中心。
cDNA合成、PCR和qRT-PCR
根据制造商的说明,使用qScript cDNA SuperMix(Quanta Biosciences)进行cDNA合成。根据制造商的说明,使用REDTaq ReadyMix PCR反应混合物(Sigma)进行PCR。qRT-PCR使用TaqMan Fast Universal PCR Master Mix(Thermo Fisher Scientific)和Universal Probe Library系统(Roche)进行。TBP管家基因用于数据归一化。qRT–PCR引物序列见补充表27.
蛋白质提取、免疫印迹和共免疫沉淀
细胞在添加有1 mM DTT、蛋白酶抑制剂(Sigma)和磷酸酶抑制剂(Simma)的全细胞裂解缓冲液(50 mM Tris-HCl,pH 8,150 mM NaCl,0.1%NP-40和1 mM EDTA)中进行裂解。蛋白质浓度通过Bradford分析(Bio-Rad)进行评估,每条轨道装载等量的蛋白质。装载前,用SDS–PAGE样品缓冲液补充样品,并向每个样品中添加DTT。在10%SDS–PAGE凝胶上分离10–40µg蛋白质,并将其印在聚偏二氟乙烯膜(Millipore)上。使用以下初级抗体:抗UTX(Bethyl,A302-374A)、抗UTX(GeneTex,GTX121246)和抗IgG(Santa Cruz Biotechnology,sc-2027);抗α-微管蛋白(Sigma,T6074)或抗肌动蛋白(Santa Cruz Biotechnology,sc-1616)用作负荷控制。研究中使用的二级抗体如下:HRP-连锁驴抗兔抗体(英国GE Healthcare,NA934)和ECL HRP-关联抗鼠抗体(圣克鲁斯生物技术,sc-2005)。使用LumiGLO化学发光基板(KPL,54-61-00)进行可视化。对用细胞裂解缓冲液(如上所述)分离的提取物进行协同免疫沉淀。将2-6μg抗体与20μl Dynabeads Protein g(Thermo Fisher Scientific)结合,并与500-1000μg新提取的蛋白质在4°C下旋转培养1.5小时。用添加蛋白酶抑制剂(Sigma)的IP洗涤缓冲液(10 mM Tris-HCl,pH 8,150 mM NaCl,0.1%NP-40和1 mM EDTA)洗涤免疫沉淀物四次。然后将带有小球的免疫沉淀样品重新悬浮在1×NuPAGE LDS样品缓冲液(赛默飞世尔科学公司)中,并添加NuPAGE样品还原剂(赛默飞世尔科学)。以下抗体用于免疫沉淀;抗CHD4(Abcam,ab72418)、抗BRG1(Santa Cruz Biotechnology,sc-10768)、抗UTX(Bethyl,A302-374A)和IgG(Santa Cruz Biotechnology,sc-2027)。
小鼠组织的组织学分析
将组织固定在10%甲醛中,然后石蜡包埋。使用0.38 M EDTA pH=7脱钙骨骼。用苏木精和伊红(Thermo Fisher Scientific)对组织切片(4µm)进行染色。采用Bethesda标准对小鼠血液肿瘤进行组织学评估51,52.
血球计数分析
在VetabC分析仪(Horiba ABX)上进行血液计数测量。
小鼠造血祖细胞的分离
根据制造商的说明,将新鲜分离的骨髓悬浮在红细胞裂解溶液(BD PharmLyse,BD Bioscience)中,然后使用谱系细胞消耗试剂盒(Miltenyi Biotec,目录号130-090-858)对Lin细胞进行磁珠选择。干细胞生长因子+根据制造商的说明,用小鼠CD117 MicroBeads(Miltenyi Biotec,#130-091-224)选择祖细胞。
小鼠造血祖细胞的培养
将小鼠原代细胞培养在补充有5%血清(干细胞技术)、10ng/ml IL3(Peprotech)、10ng/ml IL6(Peprotech)、50ng ml/ml SCF(Peproech)和1%青霉素-链霉素-谷氨酰胺(Gibco)的X-VIVO 20培养基(Lonza)中。
流式细胞仪分析
BM细胞在红细胞裂解缓冲液(0.85%NH4Cl;Sigma)中培养,并用抗小鼠CD16/32(BD Pharmigen,553142)和10%小鼠血清(Sigma M5905)封闭,用于LSK和CLP染色,或仅用10%小鼠血清进行LK染色。使用CD4(BioLegend,100514)、CD5(BioRegend,100 610)、CD8a(Bio联想,100 710)、CD11b(BioLugend,101210)、B220(Bio图例,103210)、TER-119(BioHegend,116210)、GR-1(BioElgend,108410)、SCA-1(BioSgend,122520)、CD117(eBioscience,47-1171)、,CD48(BioLegend,103411)、CD150(BioRegend,115913)、CD34(BD Pharmigen,553733)和FLT3(eBioscience,12-1351)。用以下生物素结合血统标记物进行GMP、MEP和CMP染色:MAC1、GR1、CD3、B220、TER119(BD Pharmigen,559971)、IL7Ra(BioLegend,121103)和链霉亲和素(BioRegend,40520)以及CD34(BD Pharmigen,5503733)、CD16/32(BD Pharmigen)、c-KIT(BioLegend,105812)和SCA-1(Bio联想,122520)。为了检测CLP人群,对细胞进行Flt3(eBioscience,12-1351)、IL7Ra(BioLegend,135008)和谱系生物素结合标记MAC1、GR1、CD3、B220和TER119(BD Pharmigen,559971)以及NK(LSBio,LS)染色-{“类型”:“entrez-notide”,“属性”:{“文本”:“C62548”,“term_id”:“2421253”,“term_text”:“C62548”}}62548元)c-KIT(BioLegend,105812)和SCA-1(BioRegend,122520)。分化的BM、脾脏和外周血细胞用CD45(BD Pharmigen,563891)、CD11b(BD Pharmigen,557657)、B220(BioLegend,103210)、GR1(BD Pharmigen(560603)、c-KIT(BioRegend,105812)、TER119(BD Farmigen(557915)和CD3e(eBioscience,12-0031-82)染色。LT-HSC被定义为Lin–c-KIT+SCA1+FLT3–CD48–CD150+CD34–。ST-HSC被定义为Lin–c-KIT+SCA1+FLT3–CD48–CD150+CD34+。MPP定义为Lin–c-KIT+SCA1+FLT3+。LMPP被定义为Lin–c-KIT+SCA1+FLT3hi。CLP定义为Lin–FLT3hiIL7Ra+c-KITloSCA-1lo。GMP定义为Lin–IL7Ra–c-KIT+SCA1–CD34+CD16/32+。CMP定义为Lin–IL7Ra–c-KIT+SCA1–CD34+CD16/32–。MEP被定义为Lin–IL7Ra–c-KIT+SA1–CD34–CD16/32–。使用LSRFortessa仪器(BD)进行流式细胞术分析,并在FlowJo软件中分析数据。
连续重播分析
为了进行重新镀膜分析,在M3434甲基纤维素(干细胞技术)的两个6孔板孔中镀膜50000个骨髓细胞。7天后对菌落进行计数,一周后再次对30000个细胞进行计数,直到没有观察到菌落为止。
增殖试验
104细胞/微孔被镀到96个平板上,并根据制造商的说明,每天使用CellTiter 96水性非放射性细胞增殖试验(Promega)进行生长分析。
质粒和克隆
用于表达FLAG标记版本UTX、UTY、UTX-MT2的质粒购自Addgene(pCS2-UTX-F 24168、pCS2-UTY-F 17439和pCS2-UTX-F-MT2 40619)。慢病毒UTX、UTY、UTX-MT2和FLAG表达载体在pKLV-puro中构建如下。首先,慢病毒主干载体pKLV-U6(Flip)gRNA(BbsI)-PGKpuro2ABFP53用BbsI和KpnI消化以去除U6gRNA(BbsI)-PGKpuro2ABFP盒。采用Gibson克隆(NEB)技术克隆EF1α启动子、UTX/UTY/UTX-MT2/FLAG cDNA和嘌呤霉素(Puro)抗性基因的PCR产物补充表28EF1α启动子是从pLVX-EF1α-IRES-ZsGreen1构建物中进行PCR-扩增的(Clontech,631982)。从pKLV-U6(Flip)gRNA(BbsI)-PGKpuro2ABFP构建物中扩增出Puro抗性基因。吉布森克隆是根据制造商的规范进行的。萤火虫荧光素酶表达质粒(EF1α-GFP-T2A-luciferase)来自System Biosciences(BLIV503-MC-1-SBI)。AML–ETO9a质粒如前所述54在CRISPR–Cas9实验中,将gRNA克隆到BbsI消化的pKLV2-U6gRNA(BbsI)PGKpuro2ABFP主干中28研究中使用的gRNAs序列见补充表29.
慢病毒载体的产生和转导
根据制造商的说明,使用ViraPower慢病毒表达系统(Invitrogen)在HEK293细胞中产生慢病毒。病毒上清液在4°C、6000g、16h离心浓缩。在补充有4µg/ml聚brene(Millipore)的培养基中,通过旋转接种(60 min,800 g,32°C)转导细胞,并在37°C下进一步培养过夜。第二天,转导的细胞用嘌呤霉素(1.5ug/ml,Sigma)筛选3天。
移植和体内成像和量化
用慢病毒载体转导MONO-MAC6细胞以表达UTX、UTY、UTX-MT2或FLAG对照,并选择嘌呤霉素4天。然后通过静脉尾注射将0.8×106细胞移植到免疫受损受体小鼠(Il2rg−/−;Rag2−/–)。每组注射5只小鼠。为了进行生物发光检测,向小鼠注射D-荧光素(BioVision;3 mg/20 g腹腔注射),然后用异氟醚麻醉。根据制造商的说明,使用体内成像系统IVIS Lumina II(卡尺)和Living Image 4.3.1版软件(PerkinElmer)对生物发光进行量化。
AML-ETO9a移植
干细胞生长因子+骨髓中的阳性细胞Utx公司+/+和Utx公司-/-小鼠,并用表达AML-ETO9a融合的慢病毒载体将其转导。然后1×106随后将细胞移植到致死性照射的同基因受体小鼠(每组9或10只)。
小鼠二次移植Utx公司-/-白血病
1×106将脾细胞注射到亚致死剂量照射的受体小鼠:未分类急性白血病(5只小鼠)、T-ALL(5只鼠)和2只AML(9只小鼠)。
RNA提取和RNA-Seq分析
根据制造商的说明,使用Arcturus Picopure RNA分离试剂盒(Thermo Fisher Scientific)从HSPC/Lin–BM细胞中提取RNA。用TRIzol试剂(赛默飞世尔科学公司)提取小鼠原发性AML样品的RNA。根据制造商的说明,使用RNeasy试剂盒(Qiagen)提取人类细胞系的RNA。使用TruSeq Straded mRNA Sample Prep Kit(Illumina)生成RNA-seq文库,并在Illuminia HiSeq2000 v4平台上用75-bp配对测序进行测序。使用TopHat 2.0.13版对每个文库的RNA-seq读取进行了映射,以对照小鼠基因组构建GRCm38.68,通过Ensembl BioMart数据挖掘工具下载。HiSeq库与以下选项一致:--keep-fasta-order--no-sort-bam-r 100-p 12--library-type fr-firstrand--no-coverage-search--microxon-search--transcriptome-index=GRCm38.known,其中GRCm38.known是在没有输入读取的初始单个TopHat运行中预先准备的GTF格式的转录组索引文件。基因组参考联盟基因组组装(GRCm38.68)中每个基因的原始计数是通过生物导体软件包GenomicAlignments版本1.2.2以“Union”模式获得的。利用生物导体软件包DESeq2(1.6.3版)中的这些计数进行差异表达分析,采用不依赖于BH的过滤方法,FDR为1%;这两个包都是根据他们的小插曲使用的。校正文库大小差异后,在DESeq2中计算表达的折叠变化。
ChIP序列和ChIP qPCR
在原代HSPC细胞上进行ChIP–seq实验。对于组蛋白ChIP–seq,在室温下将细胞固定在1%甲醛(FA,Thermo Fisher Scientific,28906)中5分钟。通过添加甘氨酸(0.125 M,Sigma)停止反应,并在冰镇PBS中清洗细胞。然后用iDeal ChIP–seq组蛋白试剂盒(Diagenode)处理细胞,试剂盒中含有以下蛋白的抗体:H3K4me1(Diagenide,pAb-194-050)、H3K27me3(Abcam,Ab6002)和H3K17ac(Diagende,pAb-196-050)。对于PU.1 ChIP–seq,细胞在室温下用1%的FA固定10分钟,并根据制造商的说明用iDeal ChIP–seq转录因子试剂盒(Diagenode)处理,带有抗PU.1抗体(Santa Cruz Biotechnology,sc-352x)。在HSPC中进行UTX的ChIP–seq。在RT下用2 mM二丁二酰戊二酸二亚胺酯(Sigma)交联细胞30分钟,然后在4°C下用1%FA再次交联30分钟。然后用iDeal ChIP–seq转录因子试剂盒和抗UTX抗体(Bethyl,A302-374A)处理细胞。用于ChIP–qPCR的引物序列列于补充表27.
对于SMARCA4、CHD4和UTX ChIP–qPCR,416B细胞在RT时用2 mM二丁二酰戊二酸(Sigma)交联30分钟,然后在RT时再用1%FA交联10分钟。通过添加125 mM甘氨酸停止交联。将细胞重新悬浮在ChIP裂解缓冲液(1%SDS、10 mM EDTA、50 mM Tris-HCl、pH 8和蛋白酶抑制剂)中,并在Biorruptor Pico仪器(Diagenode)中进行十个周期的超声处理。在改良的RIPA缓冲液(1%Triton X-100、0.1%脱氧胆酸盐、90 mM NaCl、10 mM Tris-HCl、pH 8和无EDTA蛋白酶抑制剂)中以1:10的比例稀释超声染色质,并与3μg抗SMARCA4(Santa Cruz Biotechnology,sc-10768x)或抗CHD4(Abcam,ab72418)孵育过夜。接下来,将蛋白质A/G(50%A50%G)Dynabeads(Invitrogen)添加到染色质中,并在4°C下培养2 h,然后进行磁性分离。随后,用混合的微孔缓冲液(150 mM NaCl、0.2%SDS、20 mM Tris-Cl、pH 8.0、5 mM EDTA、5.2%蔗糖和1%Triton X-100)、高盐缓冲液(250 mM NaCl、5 mmM Tris-C1、pH 8.0%、0.5 mM EDTA、0.05%脱氧胆酸钠、25 mM HEPES、PH8.0和0.5%Triton X-100%)洗涤珠子两次和LiCl缓冲液(250 mM LiCl、10 mM Tris-Cl、pH 8.0、10 mmM EDTA、0.5%NP-40和0.5%脱氧胆酸钠),然后用洗脱缓冲液(1%SDS和100 mM NaHCO3)进行一次。然后将珠状物重新悬浮在补充有无DNA酶RNase的洗脱缓冲液中(Roche,11119915001)。通过在37°C下孵育30分钟,然后在65°C下过夜,可恢复交联。用芯片DNA纯化试剂盒(Zymo)纯化DNA。
芯片序列、模体分析和GSEA数据可视化
对所有配对末端读数的衔接子序列进行修剪,并用Bowtie2对照mm10参考基因组进行定位(参考文献。55). 所有样本均独立处理,并保留唯一映射的读取。峰值被SICER调用56宽峰为W200和G600,窄峰为W200/G200。分别对每个复制执行峰值调用。母题分析和峰用HOMER35注释。HOMER基序分析的详细输出包括在补充表30如果基因间区域的峰值位于TSS的100-kb窗口内,则将其分配给基因。使用DiffBind进行差异绑定分析57通过将复制分组在一起。使用床上工具的交叉点进行重叠峰分析58.重叠峰的统计分析采用床具中的Fisher精确检验。除PU.1 ChIP–seq外,每个ChIP–seq实验都是在生物复制品中进行的。PU.1 ChIP–seq为生物三份。GSEA工具从The Broad Institute获得59.ChIP–seq、RNA-seq和ATAC–seq数据在UCSC基因组浏览器中可视化60维恩图是使用BioVenn web应用程序生成的61。除非另有规定,否则所有图形都是在GraphPad Prism中生成的。
启动子-增强子相互作用分析
在之前的研究中,使用启动子捕获Hi-C(PCHi-C)方法生成了多能干造血祖细胞系7(HPC-7)的启动子相关相互作用矩阵,并使用CHiCAGO软件包对数据进行了分析23相互作用矩阵的基因组坐标从mm9转换为mm10。总的来说,54339个与启动子诱饵形成显著相互作用(CHiCAGO得分≥5)的区域被定义为启动子相互作用区域(PIR)。差分H3K27Ac峰值Utx公司-/-对Utx公司+/+被分组为增加(UP)或减少(DOWN)峰值,并使用床具与PIR相交。在WashU表观基因组浏览器中显示特定基因位点的相互作用。
ATAC公司
ATAC-Seq方法是基于已建立的协议使用的62经过修改63简单地说,在0.3 mL冰镇的Dulbecco磷酸盐缓冲盐水(不含钙和镁)中清洗200000个细胞。然后在300g下离心3分钟,然后再将其重新放入400µL新鲜制作的冰镇蔗糖缓冲液(10 mM Tris-Cl pH 7.5,3 mM CaCl2,2 mM氯化镁2和0.32 M蔗糖),并在冰上培养12分钟。将10%的Triton®声波风廓线仪X-100添加到0.5%的最终浓度,并在冰上培养6分钟以接近细胞核之前短暂地旋转细胞。再次短暂旋转细胞核,然后在4°C下以300g离心3分钟。移除蔗糖/氚裂解缓冲液,然后立即在50µL Nextera标记主混合液中重新悬浮细胞核颗粒,其中包含25µL 2x标记DNA缓冲液、20µL无核酸酶水和5µL标记DNA酶1(Illumina FC-121-1030)。将标记反应混合物立即转移到1.5 mL低结合微量离心管中,并在37°C下培养30分钟。通过添加500µL缓冲液PB(Qiagen)停止标记反应。根据制造商的说明,使用MinElute PCR纯化试剂盒(Qiagen 28004)纯化标记的染色质,在10µL缓冲液EB(Qiangen)中洗脱。将10µL标记染色质与2.5µL Nextera PCR引物混合物和7.5µL Nextera PCR母料混合物(Illumina FC-121-1030)在0.2 mL低结合PCR管中混合。每个PCR添加2.5µL i5引物和2.5µL i7引物(Illumina FC-121-1011),总计25µL。PCR扩增按如下方式进行:72℃3分钟,98℃30秒,然后进行12个98℃循环10秒,63℃30秒和72℃3 min。在1%琼脂糖TAE凝胶上选择文库大小,收集120 bp至1 kb的文库片段。用MinElute凝胶提取试剂盒(Qiagen 28604)提取凝胶片,在20µL洗脱缓冲液中洗脱。根据制造商的说明,使用Agencourt AMPure XP磁珠(Beckman Coulter A63880)以1.2 AMPure磁珠:1 PCR样品(v/v)的比例进一步纯化样品,在20µL缓冲液EB(Qiagen)中洗脱。测序前,使用高灵敏度DNA芯片(安捷伦科技5067-4626)在安捷伦2100生物分析仪上评估每个ATAC-seq库。
ATAC-序列分析
与ChIP-Seq分析类似,使用Bowtie2根据mm10参考基因组对ATAC-Seq配对末端读取的所有适配器序列进行修剪和映射。所有样本都经过独立处理,并保留了唯一映射的读数。用MACS2调用峰值(参考。64)使用–nomodel和–nolambda参数。对每个复制分别执行峰值调用。使用DiffBind进行差异结合分析57通过一起摸索复制。使用床上工具的交叉点进行重叠峰分析58使用床具的fisher精确检验对重叠峰进行统计分析。HSPC中的ATAC-Seq以生物三倍体进行,重塑者的ATAC-Sq实验以生物副本进行。
MS IP样品的制备
107416B细胞在全细胞裂解缓冲液中进行裂解(50 mM Tris-HCl pH=8,150 mM NaCl,0.1%NP-40,1 mM EDTA),补充有1 mM DTT,蛋白酶抑制剂(Sigma)和磷酸酶抑制剂(Simma)。通过离心使细胞均质并清除裂解液。在全细胞裂解缓冲液中进行UTX免疫沉淀,其中16 ug抗体与100 ul Dynabeads蛋白G(Thermo Fisher Scientific)结合,并在4°C下旋转培养1.5 h。用IP洗涤缓冲液(10 mM Tris-HCl pH=8,150 mM NaCl,0.1%NP-40,1 mM EDTA)洗涤IP五次,补充蛋白酶抑制剂(Sigma)。UTX免疫沉淀物在1x LDS负载缓冲液中煮沸洗脱,用5 mM TCEP还原,用10 mM碘乙酰胺烷基化,并在Novex NuPAGE Bis-Tris 4%–12%凝胶中电泳(Life Technologies)。凝胶用胶体考马斯(Sigma)染色。如前所述,将整个泳道切成切片,并对样品进行MS分析65.
样品制备和LC-MS/MS分析
亲和纯化材料在4-12%Bis-Tris NuPAGE凝胶中电泳(Life Technologies)。如前所述,将凝胶固定并用考马斯染色65.将整个凝胶层切割成五个部分,并丢弃IgG条带。如前所述,用胰蛋白酶和提取的肽消化凝胶片65肽在0.5%甲酸中重新溶解,并在LTQ Orbitrap Velos质谱仪上使用在线纳米液相色谱(Ultimate 3000 RSLCnano系统)串联质谱进行分析。将样品在PepMap C18纳米陷阱(100µm i.d.x 20 mm,100¦Μm,5µm)上脱盐,然后在PepMap RSLC C18柱(75µm i.d.x 250 mm,100µ,2µm,线性梯度4-32%CH)上分离三CN/0.1%甲酸90分钟。HPLC、色谱柱和质谱仪均来自赛默飞世尔科技公司。Orbitrap质谱仪在标准的“前15位”数据相关采集模式下运行,而预览模式被禁用。MS全扫描设置为m/z 380–1600,m/z 400时分辨率为30000,AGC为1x106最大注入时间为200毫秒。使用445.120030的硅氧烷离子作为锁定质量。动态选择15个最丰富的多电荷前体离子(z≥2),最小信号超过3000计数,用于CID(C类碰撞我诱导的D类解离)离子阱中的碎片,AGC设置为5000,最大注入时间为100毫秒。前驱体隔离宽度设置为2 Da。CID MS/MS的归一化碰撞能量设置为35%。MS/MS所选离子的动态排除持续时间设置为60秒,排除质量宽度为±10 ppm。
MS数据分析
原始MS文件在Proteome Discoverer v 1.4(Thermo Fisher Scientific)中处理。在Mascot(2.5版,Matrix Science)中对老鼠Swiss-Prot数据库(2015年12月,16942序列)进行数据库搜索,并辅以内部污染物数据库。搜索参数如下:胰蛋白酶消化,两次缺失的裂解,前体离子的质量耐受性为10-p.p.m.,片段离子的质量容忍度为0.5-Da,氨基甲酰(C)、N-乙酰化(蛋白质)、甲酰基(N-末端)、氧化(m)、脱酰胺(NQ)和焦-谷氨酸(N-末端Q)的可变修饰。使用Percolator进一步处理数据库搜索结果66–68蛋白质组发现者。蛋白质鉴定需要至少一个高置信肽(根据q值,FDR<1%)和20分的最低吉祥物蛋白质评分。在SAINTexpress中使用默认设置比较诱饵和对照实验(分别重复两次和三次)的蛋白质列表69在进一步数据分析之前,将外部蛋白质污染物(如白蛋白、酪蛋白和角蛋白)从蛋白质识别列表中删除。SAINT概率得分≥0.99的猎物被报告在最终的高置信交互作用物列表中。补体蛋白C1qc被手动从列表中删除,因为尽管SAINT概率为1,但在诱饵和对照样品中检测到的肽数量非常相似(补充表15和16).
外显子组测序
来自7的DNAUtx公司-/-pIpC介导前从尾尖提取AML病例和匹配正常DNAUtx公司根据制造商的说明,使用DNeasy血液和组织试剂盒(Qiagen)提取缺失。对提取的DNA进行量化(使用Invitrogen的dsDNA Quant-IT PicoGreen),然后将每个样品标准化为4.17ng/ul(120ul),为文库创建做准备。文库制备的第一步包括将DNA剪切成150bp的片段(使用Covaris LC220和Agilent Bravo自动化工作站进行液体处理),然后使用独特的索引标签和适配器创建文库并进行PCR(Agilent的SureSelectXT自动化文库制造和捕获试剂盒和MJ Tetrad)。然后纯化扩增的文库(使用Agencourt AMPure XP和Beckman Coulter Biomek NX96进行液体处理),并在无核酸酶的水中洗脱,然后进行另一轮定量(使用Caliper GX)。然后将量化的、规模选定的文库稀释至适当浓度,以引入外显子组捕获阶段。使用Mouse-All-Exon RNA-baits(由安捷伦设计,供应商编号:S0276129)在65°C下进行23小时的外显子下拉(或杂交)。作为商定的复用策略的一部分,在单个池中诱饵并捕获八个索引唯一的样本。然后使用链霉亲和素涂层的Dynal珠纯化并洗脱下拉物,准备使用PCR(MJ Tetrad)进行扩增。然后使用Agencourt AMPure XP(和Beckman Coulter Biomek NX96用于液体处理)进一步纯化PCR,然后使用安捷伦生物分析仪定量扩增的下拉产物。使用Illumina HiSeq v4流式细胞化学,将样本作为配对的75bp插入物进行外显子序列测定。
外显子数据分析
体细胞变异-点突变和indels-是用Caveman命名的70和平德尔71,72分别对管道和人工制品进行过滤(包括足够的肿瘤分数、链偏倚、正常人中肿瘤等位基因的存在、正常样本组中肿瘤等位基因的存在也在Sanger测序)。使用Control Freek调用全基因组拷贝数变异73软件包。此软件包接受配对的肿瘤/正常序列文件。我们注意到,在我们的一些样本中,测序配对法线在测序深度上显示出人为噪音,并选择使用单个“静态”法线(MD5280a)作为所有样本的恒定比较器。Control Freek使用以下参数运行:步骤=1000000,窗口=5000000,断点类型=4,断点阈值=1.2,读取计数阈值=50。copy-number图显示ControlFreek生成的归一化bam深度比率(黑点),以及标记为CopyNumber=2的区域的标记(红点)。Copy-number variation for a focal change at the exon 3 ofUtx公司使用不匹配的普通MD5280a以及以下参数运行(如前所述):step=250,window=500,breakpointthreshold=0.6,breakpointtype=4,readcountthreshold=50。
统计分析
所有统计分析均采用图图例中规定的双侧Student T检验或单向方差分析进行。误差条表示平均值的标准误差(s.e.m.)或标准偏差(s.d.)。P值≤0.05被认为具有统计学意义。根据相关图例的规定,在至少三个独立实验中复制了代表性数据/图像。使用在线工具GeneProf计算超几何分布。用于生成具有统计意义的数据的独立实验数量在相关图例中定义。