RNA结合蛋白RBM5通过激活致癌蛋白HOXA9在急性髓系白血病中发挥重要作用

RNA-binding protein RBM5 plays an essential role in acute myeloid leukemia by activating the oncogenic protein HOXA9

作者信息Mengli Zhang, Judith Hyle, Xiaowen Chen, Ye Xin, Yingcai Jin, Jianxiang Zhang, Xue Yang, Xinfeng Chen, Shaela Wright, Zhenling Liu, Wojciech Rosikiewicz, Beisi Xu, Liusheng He, Hong Liu, Nana Ping, Depei Wu, Feiqiu Wen, Chunliang Li, Peng Xu
PMID38216972
发布时间2024-01-12
DOI10.1186/s13059-023-03149-8

实验完整度

高

包含全基因组CRISPR筛选、体外细胞功能实验、体内异种移植模型、患者样本验证、RNA-seq转录组分析及机制验证(ChIP-qPCR、诱导降解系统)等多个独立证据层级。

主要模型

MOLM13、OCIAML2、THP1等急性髓系白血病细胞系 HOXA9-P2A-mCherry报告基因白血病细胞系(SEM和OCIAML2) NSG小鼠异种移植模型 人原代AML细胞和正常CD34+HSPCs

重点核对

全基因组CRISPR/Cas9筛选使用的HOXA9-P2A-mCherry报告细胞系 RBM5敲除或敲低后对白血病细胞增殖、分化、凋亡的影响 RBM5敲低后NSG小鼠移植模型中的存活率和白血病负担 RBM5对HOXA9转录的急性调控(AID系统和诱导过表达系统) RBM5过表达对RBM5缺失细胞生长的拯救效应

摘要

背景:致癌蛋白HOXA9在白血病转化和维持中发挥关键作用,其异常表达是大多数侵袭性急性白血病的标志。尽管抑制HOXA9的上游调控因子已被证明是一种重要的治疗干预手段,但控制白血病中HOXA9表达的完整调控网络尚未被系统研究。结果:在此,我们在HOXA9驱动的报告基因急性白血病细胞中进行了全基因组CRISPR/Cas9筛选。我们鉴定出一个特征不明确的RNA结合蛋白RBM5,它是维持白血病细胞适应性所需的首要候选基因。与健康个体相比,RBM5在急性髓系白血病(AML)患者中高度过表达。由CRISPR敲除和shRNA敲低引起的RBM5缺失在体外和体内均显著损害白血病的维持。通过结构域CRISPR筛选,我们揭示RBM5通过非经典转录调控回路而非RNA剪接发挥作用,这种效应依赖于DNA结合结构域。通过整合分析和功能测定,我们确定HOXA9是RBM5的下游靶标。HOXA9的异位表达可挽救RBM5缺失导致的白血病细胞增殖受损。重要的是,通过生长素诱导降解决定子系统对RBM5进行急性蛋白降解,可立即减少HOXA9的转录。结论:我们确定RBM5是HOXA9的一个新上游调控因子,并揭示其在控制AML生存中的重要作用。这些功能性和分子机制进一步支持RBM5作为髓系白血病治疗的一个有前景的靶点。

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
哪些基因调控HOXA9表达并维持急性髓系白血病细胞的生存?RBM5是否通过调控HOXA9发挥作用?
核心机制
RBM5通过其DNA结合结构域(C2H2)以非经典转录调控方式直接结合HOXA9基因座,激活HOXA9转录,进而维持FLT3等下游靶基因的表达,支持AML细胞生存。
主要证据
全基因组CRISPR/Cas9筛选鉴定RBM5为HOXA9的正调控因子;RBM5敲除/敲低损害AML细胞生长、诱导分化凋亡,并在体内延缓白血病进展;AID系统急性降解RBM5迅速降低HOXA9转录;ChIP-qPCR显示RBM5结合HOXA9基因座;HOXA9过表达可挽救RBM5缺失导致的生长缺陷。
研究意义
本研究揭示RBM5-HOXA9轴是AML中一个新的调控机制,为髓系白血病治疗提供了有前景的潜在靶点。

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

全基因组CRISPR/Cas9筛选

系统鉴定HOXA9表达的正调控因子。

在HOXA9-P2A-mCherry报告细胞系(SEM和OCIAML2)中表达Cas9,感染全基因组sgRNA文库,通过流式分选mCherry高/低群体,测序比较sgRNA丰度。

2

RBM5功能缺失体外验证

验证RBM5对白血病细胞生长的必要性。

在多个AML细胞系(MOLM13、THP1、OCIAML2等)中通过CRISPR/Cas9敲除或shRNA敲低RBM5,进行竞争性增殖实验、细胞计数实验、集落形成实验、凋亡和分化检测。

3

体内异种移植模型验证

验证RBM5在体内对AML进展的必要性。

将表达荧光素酶-GFP的MOLM13细胞感染shRBM5或对照shRNA,经嘌呤霉素筛选后尾静脉注射NSG小鼠,监测存活率和白血病浸润。

4

RBM5结构域功能筛选

鉴定RBM5中影响AML细胞生长的关键蛋白结构域。

设计覆盖RBM5所有外显子的186个sgRNA进行CRISPR dropout筛选,并构建六个结构域截短突变体进行功能验证。

5

转录组学分析

识别RBM5的下游靶基因和调控通路。

对RBM5敲除和过表达的MOLM13细胞进行RNA-seq,分析差异表达基因、GSEA通路富集和可变剪接事件。

6

HOXA9作为RBM5下游靶标的验证

验证HOXA9是否为RBM5的直接下游功能靶标。

通过qPCR和Western blot检测RBM5改变后HOXA9的表达;利用AID系统急性降解RBM5观察HOXA9转录变化;通过ChIP-qPCR检测RBM5在HOXA9基因座的结合;通过过表达HOXA9进行拯救实验。

7

HOXA9下游靶基因FLT3验证

验证FLT3是否为RBM5/HOXA9轴的下游效应基因。

检测RBM5敲除及HOXA9过表达后FLT3及其下游基因(PIM1, DDIT4)的表达变化,并验证FLT3过表达对RBM5缺失生长缺陷的拯救作用。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI-1640培养基CORNING10-040-CV
胎牛血清HyClone03.N16001DC
DMEM培养基HyCloneSH300022.01
X-VIVO-15培养基----
BIT血清替代物Stem Cell Technologies--
人干细胞因子Peprotech300-07
人FLT3配体Peprotech300-19-10UG
人促血小板生成素Peprotech300-18-10UG
人白细胞介素6Stem Cell Technologies78050
人白细胞介素3Stem Cell Technologies78042
EasySep™人CD34阳性分选试剂盒Stem Cell Technologies18056
StemSpan SFEM II培养基Stem Cell Technologies09650
人类CRISPR敲除文库(H3)Addgene133914
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
LentiGuide-Puro载体Addgene52963
Lenti-Cas9-Blast载体Addgene52962
杀稻瘟菌素GibcoA11139-03
嘌呤霉素GibcoA11138-03
PrimeSTAR Max预混液TaKaRaR045
Gibson组装克隆试剂盒AbclonalRK21020
Nucleofector-4D电转仪Lonza--
Lonza细胞系Nucleofector SF溶液Lonza--
聚乙烯亚胺40000MAOKANGBIO49553-93-7
Neon™转染试剂盒Invitrogen by Thermo Fisher ScientificMPK1096B
Cas9蛋白Integrated DNA Technologies1081058
StemSpan髓系扩增补充物STEMCELL Technologies02693
FITC偶联抗CD14抗体BioLegend325603
APC偶联抗CD11b抗体BioLegend301310
MethoCult H4230甲基纤维素培养基Stem Cell Technologies--
人甲基纤维素完全培养基STEMCELL Technologies04034
IMDM培养基HyCloneSH30228.01
BD LSRFortessa流式细胞仪BD Biosciences--
Annexin-V凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062M
BD FACSAria流式分选仪BD Biosciences--
NSG小鼠GemPharmatech--
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒VazymeRC112-01
PrimeScript™ RT预混液TakaraRR036Q
SYBR Green预混液VazymeQ511-03
QuantStudio 6实时荧光定量PCR仪Thermo Fisher Scientific--
Western和IP细胞裂解液BeyotimeP0013
TRIzol试剂Ambion by Life technologies343911
Pierce抗MYC磁珠Thermo Scientific88842
H3K4me3抗体PTM BIOPTM613
免疫球蛋白GAbclonalAC011
通用DNA纯化试剂盒TiangenDP214-02

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
细胞培养
各细胞系培养基、血清、培养条件
阅读提示:Methods: Cell culture
CRISPR筛选
报告细胞系类型、文库信息、感染MOI、分选门控、筛选时间
阅读提示:Methods: CRISPR library construction and screening
RBM5敲除/敲低
sgRNA或shRNA序列、病毒滴度、转导效率、筛选浓度、处理时间
阅读提示:Methods: CRISPR-Cas9-mediated gene targeting and vector construction; shRNA-mediated gene knockdown; Virus production and transduction
竞争性增殖实验
细胞起始数量、GFP%检测时间点、每次检测的细胞代次
阅读提示:Methods: Competition-based cell proliferation assay
体内实验
小鼠品系、周龄、性别、细胞注射数量、注射方式、观察时间点
阅读提示:Methods: Animal xenograft studies
RNA-seq
细胞分组、生物学重复数、RNA提取方法、文库制备、差异表达分析参数、剪接分析版本和参数
阅读提示:Methods: RNA-seq analysis; Differential splicing analysis
RBM5急性降解实验
AID系统构建方法、5-Ph-IAA浓度、处理时间点
阅读提示:Methods: Generation of a RBM5-HA-miniAID-P2A-GFP endogenous knock-in leukemia lines
ChIP-qPCR
细胞数量、甲醛交联时间、超声条件、抗体量、引物序列
阅读提示:Methods: ChIP-qPCR