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对人类晚期癌症基因组的分析发现1p36基因组片段经常被缺失,从而诞生了一个被大量的文献报道所支持的观点:一个强有力的肿瘤抑制因子位于1p36的基因组片段内。尽管有几个基因被视作位于1p36基因组片段内的候选肿瘤抑制因子,但都缺乏令人信服的实验证据。最近的一项功能性的研究发现CHD5是位于1p36基因组片段内的新肿瘤抑制因子,它是肿瘤抑制网络的关键调节因子。本论文首次报道CHD5在白血病样本中的表达水平及其启动子区域的甲基化水平,以及5-aza-2-deoxycytidine对CHD5表达的影响。并对CHD5在白血病中的肿瘤抑制功能及分子机制进行了系统的研究。
本研究分别利用Q-PCR和Western blot技术从转录水平上和蛋白质水平上检测了白血病细胞K-562,KG-1a,HL-60,Jurkat中CHD5的表达水平。与正常人骨髓单个核细胞中CHD5的表达水平相比,CHD5在所有被检测的白血病细胞中都呈现低表达。研究表明部分白血病的1p36缺失不包括CHD5基因,甚至1p36缺失在白血病中并不频繁缺失。1p36杂合性缺失和CHD5启动子区超甲基化是导致肿瘤中CHD5基因表达下调的原因。在肿瘤中,CHD5基因一般不存在其它形式的突变,或存在比例很低。那么CHD5在白血病中的低表达可能是由其启动子区超甲基化所导致。
对CHD5的基因组序列进行分析,分析发现其一个CpG岛位于CHD5转录起始位点上游630bp到下游859bp之间。利用重亚硫酸盐测序的方法(BSP)检测了K-562,KG-1a,HL-60,Jurkat白血病细胞中位于CHD5转录起始位点上游840bp到下游920bp的GpG岛区内共119个CpG位点的甲基化状况。所有被检测的CpG位点在这些被检测的白血病细胞中几乎全部被甲基化,而在正常的单个核细胞中,这些被检测的CpG位点几乎不被甲基化。
此外,我们还对CHD5低表达的这种表观遗传学机制进行进一步研究。利用不同浓度的5-Aza-2-deoxycytidine(甲基化转移酶抑制剂)处理这些白血病细胞,然后利用Q-PCR和Western blot技术从转录水平上和蛋白质水平上检测CHD5的表达。在一定处理浓度范围内,5-Aza-2-deoxycytidine处理浓度越高CHD5的表达水平越高(HL-60,Jurkat),并且K-562和Jurkat细胞(CHD5本底表达水平极低)的CHD5表达的增高程度明显高于KG-1a和HL-60细胞(CHD5本底表达水平极高)。这一研究结果表明:在体外环境下CHD5启动子区的超甲基化导致其转录失活。
在体内环境下,CHD5在白血病中是否也呈现低表达昵?利用Q-PCR和Western blot技术从转录水平上和蛋白质水平上检测了36个白血病样本中CHD5的表达水平。所有被检测的白血病样品中CHD5的表达水平均低于正常单个核细胞的表达。其中,6个样品中(16.7%,6/36)CHD5表达水平比正常单个核细胞降低了10倍以上,降低2倍以上的样品有23个(63.9%,23/36),表达量相当的有7个(19.5%,7/36)。这表明CHD5在白血病临床样本中低表达。结合白血病临床样本中CHD5的表达水平分布,我们从中随机挑取5个急性淋巴性白血病病例(ALL1-5)、4个急性骨髓性白血病(AML1-4)、4个慢性髓细胞性白血病(CML1-4),并利用BSP技术对它们的CHD5启动子区的甲基化水平进行分析。ALL3,AML4和CML4的所有被检测CpG位点的甲基化水平为60~100%(超甲基化水平),并且ALL3,AML4和CML4的CHD5表达水平最低;ALL4,ALL5和AML3的CHD5表达水平较低,它们的部分被检测CpG位点的(WF1,WF2,R5和WF4)的甲基化水平处于中等水平(40%~50%);ALL1,AML1和CML1的CHD5表达水平和所有被检测CpG位点的甲基化水平均与正常单个核细胞相当。尽管,ALL2,AML2和CML2的CHD5表达水平明显低于正常单个核细胞,然而所有被检测CpG位点的甲基化水平却与正常胎脑和单个核细胞相当。但是上述实验结果仍可进一步证实了:CHD5在白血病中低表达由其启动子区的超甲基化所导致,并且其启动子区远端的超甲基化起关键作用。
通过利用CHD5可诱导型的慢病毒表达载体上调KG-1a,HL-60和Jurkat中CHD5的表达水平。增殖分析表明:CHD5表达上调的白血病细胞(KG-1a-CHD5,HL-60-CHD5和Jurkat-CHD5)与CHD5表达未上调的白血病细胞相比(KG-1a-NC,HL-60-NC,Jurkat-NC),其生长受到了明显的抑制。对这生长抑制进行进一步分析发现,CHD5表达上调的白血病细胞与CHD5表达未上调的白血病细胞相比,其细胞周期被滞留在G2/M期。克隆形成分析也表明:CHD5表达未上调的白血病细胞(KG-1a-NC,HL-60-NC,Jurkat-NC)比CHD5表达上调的白血病细胞(KG-1a-CHD5,HL-60-CHD5和Jurkat-CHD5)形成了更多的集落。除此之外,还进行了细胞形态学、分化、衰老和凋亡等检测,CHD5表达上调的白血病细胞与CHD5表达未上调的白血病细胞相比无明显差异。在低血清的培养环境下再重复了上述检测,但是它们之间仍无明显的差别。可见,CHD5表达水平提高能够引起白血病细胞增殖以及克隆形成被抑制。CHD5可能是白血病中的一个肿瘤抑制因子。普遍认为CHD5缺陷容易导致肿瘤发生,但是到目前为止仍没有证据表明残留的内源性CHD5是否具有肿瘤抑制功能。利用RNAi技术(miR30-shRNA-CHD5)下调KG-1a,HL-60和Jurkat中内源CHD5的表达。CHD5表达下调的白血病细胞(HL-60-miR30-shRNA-CHD5和Jurkat-miR30-shRNA-CHD5)与CHD5表达未下调的白血病细胞(HL-60-miR30-shRNA-FF3和Jurkat-miR30-shRNA-FF3)相比,它们在的增殖、细胞周期和克隆形成上并无差别。但KG-1a-miR30-shRNA-CHD5比KG-1a-miR30-shRNA-FF3的细胞增殖和克隆形成能力强,并且G2/M期的细胞比例减少。
本论文阐明了CHD5启动子超甲基化是其在白血病中低表达的分子机制;CHD5是白血病中的一个肿瘤抑制基因,具有抑制肿瘤生长的功能;在部分白血病中,残留的野生型的CHD5基因具有部分肿瘤抑制功能,这将促使对当前有关致癌作用的观点进行重新认识,这将为依据完全失去作用作为肿瘤抑制因子判断标准进行的研究不能鉴定出CHD5提供解释。