ASH 2023丨刘红星团队领导多中心研究,揭示RARG融合基因阳性不典型APL的关键发病和ATRA耐药机制

作者:肿瘤瞭望   日期:2023/12/20 11:13:42  浏览量:2150

肿瘤瞭望版权所有,谢绝任何形式转载,侵犯版权者必予法律追究。

2023年第65届美国血液学会(ASH)年会已圆满闭幕。作为全球血液病领域的权威学术盛会,ASH年会上呈现的学术报告代表了血液病领域的最重要及前沿的研究成果。在本次大会上,陆道培医院刘红星教授团队汇报的一项多中心研究,揭示了RARG融合基因阳性不典型急性早幼粒细胞白血病(APL)的关键发病和全反式维甲酸(ATRA)耐药机制,本期特别将该研究内容整理如下,并邀请到刘红星教授进行精彩点评。

编者按:2023年第65届美国血液学会(ASH)年会已圆满闭幕。作为全球血液病领域的权威学术盛会,ASH年会上呈现的学术报告代表了血液病领域的最重要及前沿的研究成果。在本次大会上,陆道培医院刘红星教授团队汇报的一项多中心研究,揭示了RARG融合基因阳性不典型急性早幼粒细胞白血病(APL)的关键发病和全反式维甲酸(ATRA)耐药机制,本期特别将该研究内容整理如下,并邀请到刘红星教授进行精彩点评。
 
 
研究背景
 
全反式维甲酸(ATRA)的应用已在伴PML::RARA融合基因的急性早幼粒细胞白血病(APL)的治疗中取得了巨大成功。但有少部分患者实验室检查和临床表现为APL的特征,但PML::RARA阴性,也被称为变异型APL。这部分患者常携带其他的RARA、RARG或RARB相关的融合基因。近年来,RARG融合基因阳性APL(RARG-APL)病例的报道越来越多。由于ATRA在治疗经典型APL方面的巨大成功,因此几乎所有已报道的RARG-APL病例都经验性尝试使用ATRA治疗,但几乎所有可评估的病例均表现为对ATRA治疗耐药。但另一方面,多项体外实验均报道转染X::RARG(X代指融合伙伴基因)融合基因的细胞株对ATRA表现出极好的响应性,与患者的临床耐药形成鲜明的对比。
 
方法
 
本研究共纳入了来自11个中心的22例RARG-APL病例,包括一部分之前已发表的病例。对这些病例的RARG融合基因的结构特征进行深入分析,对新发现的RARG 3’端融合和配体结合结构域(LBD)的螺旋结构H11_12截短进行蛋白结构模拟分析。采用优化的UAS/GAL4报告系统,在体外细胞实验中评估含与不含RARG 3’端融合和LBD-H11_12截短的融合蛋白对ATRA的反应性。
 
结果
 
入组病例中,男性15例,女性7例,年龄0.9~69岁(中位38岁)。形态学和免疫表型分析均显示有APL的特征表型。用转录组测序和常规生物信息流程分析融合基因时均报告了RARG基因5’端的断裂和融合事件,但断裂位点具有变异性。本研究的病例中共鉴定了7种RARG 5’端的融合伙伴基因,其中CPSF6、HNRNPC和NUP98见于2个及以上病例。
 
本研究首先在陆道培医院的3个先证病例中发现RARG基因除了5’融合外,3’端也发生了断裂和融合事件,并且RARG 3’端的断点一致性地位于其第9号外显子末端,导致第10号外显子缺失。经RT-PCR证实这三个病例中RARG 5’和3’端的融合事件均位于同一顺反子中。例如,在第一个先证病例中,融合转录本是三段式的NPM1::RARG::NPM1串联拼接,而非分别发生了NPM1::RARG和RARG::NPM1两个相互独立的转录本。这是一种新的之前未报道过的融合基因形式,本研究中将其命名为三段式融合。
 
在3例先证病例中均发生了RARG的三段式融合,蛋白结构分析显示3’端的融合事件导致了RARG-LBD-H11_12截短。LBD-H11_12在RARG响应ATRA作用后与共抑制因子(CoR)解离,转而与共活化因子(CoA)结合的构象变化中发挥着关键作用。因此我们推测RARG融合蛋白的3’端融合导致的LBD-H11_12截短在是这些患者对ATRA治疗无反应的关键机制。为了确认这种新形式的三段式融合现象,以及RARG的3’端融合是否在RARG-APL中具有重现性,我们进一步分析了来自多中心的19例RARG-APL验证病例。
 
对验证病例的分析进一步证实所有RARG-APL病例均存在RARG 3’端融合事件。在可获得cDNA样本的3个验证病例中,用RT-PCR验证了RARG的5’和3’端融合事件也均位于同一顺反子中。所有病例的RARG基因的3’断裂位点高度一致性地位于RARG第9号外显子末端,导致RARG第10号外显子截短和LBD-H11_12编码区缺失。
 
在11例病例中,RARG 3’端的融合伙伴基因与5’的相同,即为X::RARG::X型融合;而在另11例病例中,RARG 3’端拼接的是转座元件序列,即为X::RARG::Y型融合。RARG 3’端融合伙伴以LINE-L2a最多见(8例患者),所累及的LINE-L2a的基因组座位位于RARG基因上游4.2 Kbp处。基因表达分析显示相关转座元件座位发生了异常活化表达。与RARG 3’端融合的转座元件序列都携带了mRNA必需的polyA信号序列。分析显示这些转座元件序列是通过转座机制而非染色体易位机制参与了RARG融合基因的形成。
 
RARG外显子10编码其LBD-H11_12。LBD-H11_12在RARG响应ATRA作用时的变构反应中发挥关键作用,导致LBD与共抑制因子(CoR)解离并转而与共活化因子(CoA)结合,从而在ATRA作用下由抑制基因转录转换为活化基因转录。蛋白构象分析显示这种新形式的RARG三段式融合RARG-LBD-H11_12截短,因此丧失对生理和药理浓度ATRA反应的变构能力(图),成为导致APL发病和对ATRA治疗无反应的关键分子机制。体外细胞实验中也进一步验证了有完整RARG-LBD的融合蛋白对ATRA反应良好,而发生了LBD-H11_12截短的融合蛋白完全丧失了对生理和药理浓度ATRA的反应性。
 
 
结论
 
本研究清晰地揭示了这种新发现的三段式融合基因是RARG-APL的重要分子病因,并且是这组疾病中严格重现的分子异常形式。这种特殊形式的三段式融合中,RARG 5’端融合介导了融合蛋白的异常表达,3’端融合导致LBD-H11_12截短和丧失响应ATRA作用时的变构能力。
 
本研究的发现既解释了RARG-APL的关键发病机制,又阐明了对ATRA治疗无反应的分子机制。从发病机制上明确了对RARG-APL患者不应再尝试无效的ATRA治疗,为进一步研究有效的治疗方案提供了新的正确的研究方向。三段式融合的形成需要两次基因组剪接或转座事件,这也解释了这部分RARG-APL发病率低的主要原因。由于RARG-APL与PML::RARA-APL在分子机制和临床治疗方面均有显著差异,因此我们建议将RARG-APL列为与PML::RARA-APL相独立的AML分子分型。
 
专家点评:
 
由于中国专家们的卓越贡献,发现ATRA和砷剂治疗APL有特效。目前通过联合应用ATRA和砷剂治疗已使经典型的PML::RARA-APL由临床病情最凶险的白血病成为治愈率最高的白血病,也成为白血病和各种肿瘤精准诊疗的典范。但PML::RARA阴性的不典型APL患者的治疗仍存在很大挑战,患者的治疗结局仍很不理想。近年来RARG融合基因阳性的APL的报道逐年增多。既往报道的RARG-APL患者临床治疗时均表现为对ATRA耐药,但实验室模拟的X::RARG融合蛋白均对ATRA反应敏感。这两种现象的鲜明对比一直缺乏合理的解释。
 
由于之前熟知的PML::RARA的融合事件发生于RARA的5’端,并且所有既往报道的融合基因都是X::Y型的两段式融合方式。因此在既往关于RARG-APL的报道中,对于RARG融合基因的研究也主要关注和报道了RARG 5’端的融合。另一方面,由于RARG 3’端的融合伙伴主要为对分析更具有挑战性的转座元件序列等原因,因此RARG 3’端的融合事件一直被忽略。所以既往的体外实验中,也都是模拟的发生了X::RARG型的不含3’端融合的融合蛋白。
 
本研究原创性地揭示了在所有RARG-APL患者中,RARG融合基因均发生了一种新形式的三段式融合,即X::RARG::Y或X::RARG::X形式的融合。在三段式RARG融合中,5’端融合事件介导了融合蛋白的异常表达,3’端融合事件导致了关键的LBD-H11_12的截短。该发现同时阐明了RARG融合导致APL发生和对ATRA治疗无反应的关键分子机制,是RARG-APL发病机制研究的具有重要意义的事件。本研究还是第一次系统地报道具有病理意义的三段式融合基因的现象,第一次报道转座元件介导病理性融合基因的发生,对于这两方面的进一步研究也具有重要的启示意义。
 
本研究是一项多中心协作研究,先证病例和验证病例由来自陆道培医院、苏州大学一附院、北大人民医院、南昌大学一附院、中国医学科学院血液病医院、哈医大二院、山东省立医院、中南大学湘雅二院、青岛大学附属医院、中国医科大学一附院、北京朝阳医院等多中心提供,一起验证了这项在APL的分子机制方面又一项中国专家们原创性的重要发现。该研究也充分体现了中国学者们的协作精神!
 
第一作者
周晓苏
中国海洋大学生物学博士,中国医学科学院博士后
博士后出站后加入陆道培医学团队,后转入陆道培血液病研究院细胞生物学实验室。主要从事血液肿瘤和免疫治疗相关的免疫微环境研究、相关分子机制研究和分子诊断技术研发,发表学术论文20余篇。
中国非公立医疗机构协会病理学专委会委员、北京非公立医疗机构协会检验医学专委会委员、中国抗癌协会肿瘤基因诊断专委会委员、中国抗癌协会肿瘤疫苗专委会委员。
 
通讯作者
刘红星
北京陆道培血液病研究院执行院长;陆道培医院病理和检验医学科主任
从事血液病实验诊断及相关研究工作,以通讯/第一作者发表学术论文130余篇。
第七届北京优秀医师;中国非公立医疗机构协会病理专委会常委兼血液病学组组长、中国医药卫生文化协会实验诊断与社会化服务专委会常委、中国抗癌协会肿瘤基因诊断专委会委员/临床检验与伴随诊断专委会委员/肿瘤疫苗专委会委员、北京非公立医疗机构协会检验专委会副主任委员、北京免疫学会理事、北京医学检验学会理事等;《中华医学杂志》通讯编委;《白血病•淋巴瘤》、《分子诊断与治疗杂志》、International Journal of Medical Reviews编委。

 

 

 

 

版面编辑:张靖璇  责任编辑:无医学编辑

本内容仅供医学专业人士参考


白血病

分享到: 更多