Nature Genetics最新發表應用甲基化芯片研究白血病文章
                                                                             ——康成生物提供技術服務

    表觀遺傳修飾(epigenetic modification) 是指基于非基因序列改變所致基因表達水平的變化，如DNA甲基化、組蛋白乙酰化和甲基化、RNA相關性沉默等。近年來大量的研究表明表觀遺傳學改變與細胞的生長、分化、凋亡、轉化及許多疾病的發生發展都密切相關，尤其是在腫瘤的發生過程中扮演著重要的角色。

    急性單核細胞白血病（AML-M5）屬于造血系統惡性腫瘤，表現為骨髓和外周血原始和幼稚單核細胞增多，其臨床進程兇險，患者易發生髓外浸潤，3年平均無病生存率僅有25％，且復發率高。因而尋找特異性的生物學標志和治療手段，改善該型白血病療效，是目前亟待解決的問題之一。

    上海血液學研究所所長陳賽娟院士實驗室一直致力于白血病的診斷、分型、治療和預后研究，許多重要實驗成果已經發表在Science等國際權威雜志。該實驗室最近通過對急性單核細胞白血病樣本的篩查，發現DNMT3A（DNA甲基化相關基因）存在高頻突變現象。進一步研究發現DNMT3A突變會降低其編碼的酶活性，并且通過DNA甲基化芯片技術（MeDIP-chip）和表達譜芯片技術證實了DNMT3A突變對DNA甲基化模式和基因表達具有重要影響，為研究DNMT3A在M5亞型急性單核細胞白血病中的功能機制提供了線索。該實驗室還通過將DNMT3A突變與臨床病理指標進行聯合數據分析，發現DNMT3A可以作為一種新的分子標志，用于M5型白血病的預后預測。這些研究成果已經發表在Nature Genetics雜志上。

    圖1為本次研究的實驗思路及技術線路圖（其中甲基化芯片實驗由康成生物完成）。首先研究者通過全外顯子組捕獲和第二代測序技術，獲得了9例AML－M5患者白血病細胞的全基因組外顯子的序列信息，檢測到累計63個基因突變。進而通過更大量白血病樣本（103例）和正常人樣本（509例）的驗證，發現DNA甲基轉移酶3A的編碼基因——DNMT3A在M5型白血病中突變率高達20．5％。

研究者抓住這一重要發現，進一步研究了該突變基因的功能。他們通過對突變基因轉錄活性分析、蛋白質結構-功能分析、酶活性測定以及細胞增殖實驗，證實該基因突變位點編碼的氨基酸位于蛋白質的重要功能域，影響了蛋白質的正常功能，從而賦予細胞惡性增殖和轉化的能力。

                                                             圖1. 實驗思路及技術線路圖。
研究者進而利用DNA甲基化芯片技術（MeDIP-chip）和表達譜芯片技術等手段，進一步探索DNMT3A突變對整個基因組的影響。通過Roche Nimblegen的超高密度甲基化芯片（2.1MDeluxe promoter array）篩查，實驗結果詳見表格1、2及圖2（芯片實驗與數據分析在康成生物完成），發現3237個基因在DNMT3A突變樣本中發生了甲基化水平的改變，結合深入數據分析，包括Wnt、TGF-beta等經典的腫瘤相關通路在突變樣本中發生了顯著變化。這些發現為研究DNMT3A在M5亞型急性單核細胞白血病中的功能機制提供了非常重要的線索。
表1. DNMT3A突變標本與非突變標本中發生甲基化改變的基因統計。

 
表2. DNMT3A突變標本與非突變標本中差異甲基化基因的詳細信息（部分結果）。

圖2. DNMT3A突變標本與非突變標本中差異甲基化基因的信號通路分析結果。
      研究者還發現M5型白血病中已知的另外一種發生頻率較高的MLL基因（也是一種表觀遺傳相關基因）異常與DNMT3A突變很少在同一患者中出現，兩種基因突變率總計占M5型白血病患者的40％，因此可用于對M5型白血病的分型。
      另外，通過和一些臨床指標（白細胞增多、骨髓形態學、發病年齡、預后生存時間、治療失敗時間等）的關聯分析，發現存在DNMT3A突變的患者治療效果差，完全緩解率低，患者的平均生存期通常只有7個月，而無此突變的患者平均生存期則可達到約19.5個月；治療失敗時間DNMT3A突變攜帶者為2個月，無突變患者為13個月。提示在今后的治療中對攜帶此基因突變的患者可能需要采取更為積極有效的治療方案。
      這篇文章所報道的研究成果具有重要的生物學意義和臨床應用價值：揭示了DNMT3A突變在白血病中的潛在致病作用，為白血病的預后預測和個體化治療提供了新的分子標志，同時也為其治療提供了新的分子靶標。另外在機理上不僅將腫瘤發生中的兩種重要機制——基因突變和表觀遺傳學聯系在一起；同時將兩種表觀遺傳學的調節形式聯系在一起，兩者很可能通過共同的通路在白血病發生中起作用，提示腫瘤的發病機制在本質上是“殊途同歸”的，這為白血病分子機制的探索開拓了又一新的道路。

附本次研究中康成生物提供MeDIP-chip服務所使用的Roche Nimblegen甲基化芯片詳細信息。

希望了解康成生物甲基化芯片服務的更多信息可登陸網站:
http://www.kangchen.com.cn/service/servicemain.asp?id=77

參考文獻：
1. Exome sequencing identifies somatic mutations of DNA methyltransferase gene DNMT3A in acute monocytic leukemia. Xiao-Jing Yan, et al., 2011, Nature Genetics
2. Arsenic Trioxide Controls the Fate of the PML-RAR Oncoprotein by Directly Binding PML. Xiao-Wei Zhang, Xiao-Jing Yan, et al., 2010, Science