合作性、先天性中性粒细胞减少症相关的Csf3r和Runx1突变激活小鼠HSPC的促炎信号传导并抑制髓系分化

Cooperating, congenital neutropenia-associated Csf3r and Runx1 mutations activate pro-inflammatory signaling and inhibit myeloid differentiation of mouse HSPCs

作者信息Malte Ritter, Maksim Klimiankou, Olga Klimenkova, Axel Schambach, Dirk Hoffmann, Amy Schmidt, Lothar Kanz, Daniel C Link, Karl Welte, Julia Skokowa
PMID32821971
发布时间2020-10
DOI10.1007/s00277-020-04194-0

实验完整度

研究包含体外细胞培养、集落形成、液体分化、Western blot、微阵列表达分析、qRT-PCR及流式细胞术等多种实验层级,但缺乏动物体内验证、患者样本验证及功能回复实验,机制验证主要依赖转录组分析和通路预测。

主要模型

小鼠骨髓lin−细胞(来源于C57BL/6-d715 Csf3r转基因小鼠) 小鼠HSPC体外白血病转化模型

重点核对

细胞来源:C57BL/6-d715 Csf3r小鼠骨髓lin−细胞 RUNX1突变类型:R139G、R174L(与CN/AML患者突变一致) 转导后EBFP+细胞分选及表达验证 G-CSF处理浓度和时间(10 ng/ml,24小时) 集落形成及再接种实验的细胞数、培养时间和细胞因子条件

摘要

患有被称为严重先天性中性粒细胞减少症(CN)的白血病前期骨髓衰竭综合征的患者,有约15%的风险发展为急性髓系白血病(AML;此处称为CN/AML)。大多数CN/AML患者同时获得CSF3R和RUNX1突变,它们在AML的发展中发挥协同作用。为了建立白血病的体外模型,我们利用了来自表达模拟CN患者截短CSF3R突变的转基因C57BL/6-d715 Csf3r小鼠的骨髓lin−细胞。我们用编码RUNX1野生型(WT)或携带R139G或R174L突变的RUNX1突变蛋白的载体转导这些细胞。与表达WT RUNX1的细胞相比,用这些RUNX1突变体转导的细胞显示出体外髓系分化减少和再接种能力增强。mRNA表达分析表明,用RUNX1突变体转导的细胞表现出炎症信号传导和先天免疫途径的过度激活,包括IL-6、TLR、NF-kappaB、IFN和TREM1信号传导。这些数据表明,在CSF3R突变背景下表达突变的RUNX1可能激活促炎细胞状态并抑制髓系分化。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在CSF3R突变背景下,RUNX1点突变(R139G、R174L)如何影响小鼠HSPC的髓系分化和克隆形成能力,其下游信号通路如何变化?
核心机制
RUNX1突变与CSF3R突变协同激活包括IL-6、TLR、NF-κB、干扰素和TREM1在内的促炎症和先天免疫信号通路,导致髓系分化受阻、细胞增殖能力增强,并可能通过产生活性氧和基因毒性促进白血病前期状态。
主要证据
体外实验显示RUNX1突变体转导的细胞CFU-G/CFU-GM形成减少、再接种能力增强;11天液体培养中CD11b+、Gr-1+细胞显著减少;微阵列和qRT-PCR证实炎症相关通路激活;LSK细胞比例升高。
研究意义
该研究提示CSF3R和RUNX1突变通过诱导促炎状态增加DNA损伤和增殖,可能促进CN向MDS/AML转变,并可为靶向CN患者白血病前期HSPCs的干预策略提供理论依据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建体外白血病转化模型

利用CSF3R突变背景下表达RUNX1突变体的细胞模型,模拟CN/AML患者的基因突变组合。

从C57BL/6-d715 Csf3r小鼠骨髓分离lin−细胞,用携带RUNX1 WT、R139G或R174L突变体的慢病毒载体转导,并验证RUNX1蛋白表达。

2

评估髓系集落形成与再接种能力

检测RUNX1突变对髓系祖细胞克隆形成和再增殖能力的影响。

将转导后EBFP+细胞接种于甲基纤维素培养基,培养14天计数CFU-G、CFU-GM、BFU-E集落,并连续两次再接种评估自我更新能力。

3

液体培养髓系分化实验

评估RUNX1突变对G-CSF诱导的髓系分化的影响。

转导后细胞在液体分化培养基中培养11天,在第11天通过FACS检测Gr-1+和CD11b+细胞数量。

4

全基因组表达谱分析

鉴定RUNX1突变在CSF3R突变背景下调控的下游信号通路和转录因子。

转导后细胞经饥饿和G-CSF刺激,利用Affymetrix MoGene 2.0芯片进行mRNA表达分析,并通过IPA和ISMARA进行通路和转录因子活性分析。

5

验证候选基因和LSK细胞分析

通过qRT-PCR和流式细胞术验证表达谱分析结果及RUNX1突变对HSPC群体的影响。

对独立实验中的候选基因进行qRT-PCR验证;用流式细胞术检测G-CSF处理后的lin−细胞中LSK(Lin−Sca-1+c-Kit+)细胞比例。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
进行流式细胞术分析

产品清单

实验环节名称品牌货号
Ficoll-Hypaque分离液Amersham Biosciences--
MACS磁珠Miltenyi Biotec--
Stemline II培养基----
胎牛血清Sigma-Aldrich--
地塞米松----
小鼠干细胞因子----
小鼠白细胞介素-3----
人白细胞介素-6----
小鼠胰岛素样生长因子-1----
人Flt-3配体----
聚凝胺----
Laemmli缓冲液----
硝酸纤维素膜GE Healthcare--
RUNX1抗体Cell Signaling Technology4334
GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
HRP标记的二抗Cell Signaling Technology7074
Pierce ECL底物Thermo Fisher--
Amersham Hyperfilm胶片GE Healthcare--
RPMI 1640 GlutaMAX培养基Thermo Fisher--
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
MethoCult GF M3434甲基纤维素培养基StemCell Technologies--
小鼠Gr-1抗体BD553128
小鼠CD11b抗体BD553312
Fc受体阻断抗体BioLegend101320
7-AAD染色液BioLegend--
生物素缀合系谱抗体混合物BioLegend79749
APC-Cy7缀合链霉亲和素BioLegend405208
小鼠Sca-1 BV510缀合抗体BioLegend108129
小鼠c-KIT APC缀合抗体BioLegend105812
FACSCanto II流式细胞仪BD--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen74106
GeneChip WT cDNA合成与扩增试剂盒Affymetrix--
GeneChip WT末端标记试剂盒Affymetrix--
GeneChip小鼠基因2.0 ST芯片Affymetrix--
Fluidics Station 450洗脱站Affymetrix--
GeneChip Scanner 3000扫描仪Affymetrix--
GeneChip操作软件1.4Affymetrix--
Wright-Giemsa染色----
Nikon Eclipse TS100显微镜Nikon--
RNeasy Micro试剂盒Qiagen--
Omniscript RT试剂盒Qiagen--
SYBR Green qPCR预混液Roche--
Light Cycler 480实时荧光定量PCR仪Roche--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞来源与基因型
小鼠品系(C57BL/6-d715 Csf3r)、性别、年龄、饲养条件
阅读提示:Material and methods: Mice
骨髓lin−细胞分离
分离方法(免疫磁珠分选)、细胞纯度
阅读提示:Material and methods: Cell purification and separation
慢病毒载体构建与转导
载体骨架(pRRL.PPT.CBX3.SFFV.hRUNX1.i2.EBFP.puro.pre)、RUNX1突变位点(R139G、R174L)、转导MOI、polybrene浓度、转导时间
阅读提示:Material and methods: Generation of the lentiviral vectors and Transduction of cells
集落形成与再接种
甲基纤维素培养基(MethoCult GF M3434)、G-CSF浓度(10 ng/ml)、细胞接种密度(1000细胞/皿)、培养天数(14天)、再接种代数(2次)
阅读提示:Material and methods: Colony-forming unit assay
液体培养分化
分化培养基组成(RPMI 1640 GlutaMAX + 10% FCS + 细胞因子)、细胞密度(2×10^5)、培养时间(11天)、检测标记(Gr-1、CD11b)
阅读提示:Material and methods: Liquid culture differentiation of transduced lin− cells
微阵列分析
饥饿时间(24h)、G-CSF处理浓度和时间(10 ng/ml、24h)、RNA提取试剂盒、芯片类型(MoGene 2.0)、分析软件(IPA、ISMARA)及参数(fold change cutoff ±1.7)
阅读提示:Material and methods: Microarray-based mRNA expression analysis