Группа исследователей из Чикагского университета начала выяснять роль эпигенетики РНК и структуры хроматина в регуляции 5-азацитидина (5-AZA), хорошо известного агента, гипометилирующего ДНК при МДС и ОМЛ. Это открытие может привести к новым стратегиям, а также к руководству на основе клинических биомаркеров, которые могут помочь предсказать и снизить риск лекарственной устойчивости, основного препятствия при лечении лейкемии.«Это первое исследование, демонстрирующее, что метилирование цитозина РНК и метилтрансферазы опосредуют клеточные клон-зависимые структуры хроматина, чувствительные к лекарствам при МДС и ОМЛ», — сказал ведущий автор исследования Джейсон Ченг, доктор медицинских наук, доцент кафедры патологии Университета.
Чикаго.«Это новая сфера», — добавил он. «Хотя в прошлом было идентифицировано большое количество модификаций РНК, функция и клинический потенциал этих модификаций РНК и их влияние на регуляцию генов и организацию хроматина остаются в значительной степени неизученными».РНК и ДНК состоят из четырех азотистых оснований — аденина (A), цитозина (C), гуанина (G), урацила (U) в РНК и тимина (T) в ДНК. ДНК связывается с другими белками, такими как гистоны и РНК, с образованием большого макромолекулярного комплекса, называемого хроматином.
В клетках человека хроматин организован в отдельные структуры с функциональными доменами, которые регулируют экспрессию генов и развитие стволовых клеток. Химические модификации гистонов, ДНК и РНК могут изменять структуру хроматина.
Метилирование, одна из таких химических модификаций, добавляет один атом углерода и три атома водорода (называемые метильной группой) к другим молекулам, таким как ДНК, РНК и белки. В клетках млекопитающих метилирование ДНК происходит по остаткам цитозина в последовательностях цитозин-фосфат-гуанина (CpG), что приводит к подавлению экспрессии генов. Однако мало что известно о функции и клиническом значении метилирования цитозина РНК (РНК: m5C) и их модифицирующих ферментов, таких как цитозинметилтрансферазы РНК (RCMT), которые добавляют метильную группу к цитозинам РНК.Исследовательская группа особенно интересовалась ролью РНК: m5C и RCMTs в регуляции структур хроматина, связанных с клеточными линиями, и лекарственного ответа / устойчивости при МДС и ОМЛ.
Они обнаружили значительное увеличение РНК: m5C и RCMT в 5-AZA-устойчивых лейкозных клетках по сравнению с 5-AZA-чувствительными лейкозными клетками.Они показывают, что 5-AZA-чувствительные и 5-AZA-резистентные лейкозные клетки имеют совершенно разные структуры хроматина, которые связаны с РНК: m5C и RCMTs на формирующейся РНК, как схематически показано.
В частности, в 5-AZA-чувствительных лейкозных клетках RCMT, а именно NSUN3 и DNMT2, связывают hnRNPK, консервативный РНК-связывающий белок, для рекрутирования активной РНК-полимеразы II (RNA-pol-II) для формирования активной структуры хроматина в зарождающаяся РНК.Напротив, другой RCMT, называемый NSUN1, взаимодействует с BRD4, модификатором гистонов, чтобы рекрутировать РНК-pol-II для формирования другой активной структуры хроматина в формирующихся 5-AZA-устойчивых лейкозных клетках. Эта структура хроматина, опосредованная NSUN1 / BRD4, делает эти лейкозные клетки нечувствительными к 5-AZA, но гиперчувствительными к ингибитору BRD4, JQ1, и к подавлению NSUN1 с помощью siRNA.
Применяя новые технологии, в том числе масс-спектрометрический анализ и конфокальную микроскопию с амплификационной амплификацией по методу катящегося круга, к небольшим размерам клинических образцов МДС / ОМЛ (n = 18), исследователи продемонстрировали значительное увеличение РНК: m5C и RCMTs, а также NSUN1 / BRD4-ассоциированная структура хроматина в клинических образцах MDS / AML, резистентных к 5-AZA, по сравнению с чувствительными к 5-AZA.«С появлением современных молекулярных технологий и технологий визуализации функциональная геномика станет центральной платформой для выяснения функции генов, сигнальных путей и генетических сетей, определения патогенетической роли генных мутаций и предоставления мощных инструментов для лучшего прогноза и более эффективного лечения. для больных раком / лейкемией », — сказал Ченг.«Мы движемся к функциональной геномике, исследуя потенциал использования эпигенетики РНК и структур хроматина в качестве диагностических инструментов и потенциальных терапевтических целей у пациентов с МДС / ОМЛ», — добавил он.
Необходимы дополнительные исследования для выявления генетических изменений, лежащих в основе структур хроматина, опосредованных эпигенетикой РНК, при МДС и ОМЛ. Большое клиническое исследование необходимо для определения полного потенциала и ограничений такой эпигенетики РНК и стратегий, основанных на структуре хроматина, в будущем.
Это исследование было поддержано Фондом исследований рака, Американским онкологическим обществом, грантом поддержки Комплексного онкологического центра Чикагского университета, Swim Across America и Чикагского университета. Дополнительными авторами были Ли Чен, Юань Ли, Адам Кло, Мин Юэ, Цзянбо Вэй, Джон Анастази, Ричард Ларсон, Чуан Хе, Мишель Ле Бо и Джеймс Вардиман из Чикагского университета; Кеннет Ватанабе из Университета Эмори; Джамиль Шаммо из Медицинского центра Университета Раш и Цинси Шэнь из Университета Невады.