ASXL1和CSF3R双重突变驱动髓系偏向的干细胞扩增并增强中性粒细胞分化

Dual ASXL1 and CSF3R mutations drive myeloid-biased stem cell expansion and enhance neutrophil differentiation

作者信息Lucie Darmusey, Anna J Bagley, Thai T Nguyen, Hanqian L Carlson, Hunter Blaylock, Shawn B Shrestha, Amara Pang, Samantha Tauchmann, Sarah C Taylor, Amy C Foley, Katia E Niño, Eric M Pietras, Theodore P Braun, Julia E Maxson
PMID39777477
期刊Blood Adv
发布时间2025-04-08
DOI10.1182/bloodadvances.2024014362

实验完整度

包含转基因小鼠模型、HoxB8和32Dcl3细胞系体外分化模型,并进行了功能验证(如集落形成、移植)和机制验证(如RNA-seq、ATAC-seq、CUT&Tag)。

主要模型

Asxl1Y588X/Csf3rT621I双突变小鼠 HoxB8-ER细胞系 32Dcl3细胞系 Ba/F3细胞系

重点核对

Csf3rT621I等位基因重组后表达,以及Asxl1Y588X等位基因的插入 poly I:C诱导Cre重组的时间点和剂量(12 mg/kg,第1、3、5天,6周龄) HoxB8细胞分化条件:去雌激素48小时 32Dcl3细胞分化条件:IL-3去除并添加G-CSF 3天 骨髓移植实验的照射剂量和移植细胞数

摘要

表观遗传调节因子ASXL1(Additional Sex Combs-Like 1)的突变在慢性中性粒细胞白血病(CNL)中频繁出现。CNL是一种由集落刺激因子3受体(CSF3R)激活突变驱动的骨髓增殖性肿瘤(MPN),该突变导致中性粒细胞过度产生。尽管共现率很高,但ASXL1和CSF3R突变在造血和白血病中的相互作用仍知之甚少。在此,我们提出了一个新的小鼠模型,同时携带Asxl1Y588X和Csf3rT621I突变,该模型再现了人类MPN的特征。Csf3r突变小鼠表现出与年龄相关的造血干细胞耗竭,而加入Asxl1Y588X可缓解这种耗竭。这种突变组合导致髓系偏向的长期造血干细胞扩增。随着小鼠衰老,它们出现中性粒细胞增多,但白血病罕见,提示可能还需要额外突变才能发生转化。利用髓系分化模型,我们发现Asxl1截短增强了CSF3RT618I驱动的中性粒细胞分化,激活了与成熟髓系细胞产生相关的炎症通路。此外,携带两种突变的细胞在中性粒细胞相关增强子处的H3K4me1增加。已知突变型ASXL1会降低抑制性组蛋白标记H2AK119ub的全基因组丰度。尽管我们在Asxl1突变细胞中观察到预期的H2AK119ub减少,但当CSF3R也发生突变时,这种效应被逆转,表明这些突变在造血过程中调节染色质动力学方面存在复杂的相互作用。我们的发现强调了ASXL1突变在髓系疾病中的背景依赖性效应,并为ASXL1和CSF3R双突变MPN中中性粒细胞分化的机制提供了见解。

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
ASXL1突变与CSF3R突变在造血和白血病中的相互作用机制尚不清楚,本研究旨在探究Asxl1截短突变如何影响Csf3r驱动的中性粒细胞生成和MPN的发病。
核心机制
Asxl1截短突变通过下调Myc程序并上调炎症信号(如IL6/JAK/STAT3和TNFα),增强CSF3R驱动的中性粒细胞分化;同时,双突变导致H3K4me1在中性粒细胞相关增强子处增加,并逆转Asxl1突变引起的H2AK119ub减少,促进染色质重塑以支持分化。
主要证据
小鼠模型显示双突变导致髓系偏向的LT-HSC扩增和外周血中性粒细胞增多;HoxB8和32Dcl3体外分化实验显示Asxl1截短增强CSF3RT618I驱动的分化;RNA-seq、ATAC-seq和CUT&Tag揭示了相关基因表达和表观遗传变化。
研究意义
本研究揭示了ASXL1突变在髓系疾病中的背景依赖性效应,为理解ASXL1和CSF3R双突变MPN中中性粒细胞分化的机制提供了见解,可能为CNL的靶向治疗提供新思路。

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

建立Csf3rT621I小鼠模型及基因型验证

构建携带Csf3rT621I突变的小鼠模型,并验证其与Asxl1Y588X突变组合后的基因型正确性。

利用转基因技术生成Csf3rT621I小鼠,与Mx1-Cre和Asxl1Y588X小鼠杂交,通过PCR验证重组等位基因和突变等位基因的插入,并通过Western blot检测STAT3/5磷酸化水平。

2

造血干细胞和祖细胞分析

评估不同基因型小鼠在衰老和移植后造血干细胞和祖细胞的变化。

通过流式细胞术分析骨髓中LT-HSC、GMP等细胞群在不同时间点(4个月、1年)及连续移植后的比例;进行集落形成单位再接种实验检测自我更新能力。

3

外周血监测和生存分析

观察不同基因型小鼠随着年龄增长外周血细胞计数变化及白血病的发生。

使用自动血细胞计数器每4周检测外周血细胞计数,持续约2年;进行外周血涂片分析;记录生存情况并绘制Kaplan-Meier曲线。

4

体外分化实验验证Asxl1截短对CSF3R驱动的分化影响

在体外模型中验证Asxl1截短突变是否增强CSF3R突变驱动的中性粒细胞分化。

在HoxB8细胞中通过逆转录病毒转导引入Asxl1MT2和/或CSF3RT618I,去除雌激素后分析分化标志物(CD11b和GR1);在CRISPR-Cas9编辑的内源性Asxl1突变的HoxB8和32Dcl3细胞中重复实验;并检测Ly6G表达。

5

转录组分析

揭示双突变细胞在分化过程中的基因表达变化,寻找关键通路。

在HoxB8细胞去雌激素24小时后提取RNA进行RNA-seq,分析差异表达基因和通路富集,并通过GSEA分析hallmark基因集。

6

染色质可及性和组蛋白修饰分析

探究双突变对染色质开放性和组蛋白修饰的影响,揭示表观遗传机制。

在HoxB8细胞去雌激素48小时后进行ATAC-seq和CUT&Tag(H3K4me1、H2AK119ub),分析差异开放区域和组蛋白修饰变化,并通过HOMER进行转录因子基序富集分析。

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
聚肌胞苷酸SigmaP1530
RPMI 1640培养基Gibco11875119
胎牛血清HyClone--
GlutaMAX添加剂Gibco35050061
青霉素/链霉素Gibco15140122
雌激素SigmaE-2758
小鼠白细胞介素3Peprotech213-13
粒细胞集落刺激因子Peprotech250-05
支原体检测试剂盒LonzaLT07-118
染色缓冲液BD Biosciences554656
流式细胞仪BD Biosciences--
RNA提取试剂盒Qiagen74004
转座酶Illumina20034197
洋地黄皂苷SigmaD141
DNA纯化试剂盒ZymoD4003
Qubit双链DNA高灵敏度检测试剂盒InvitrogenQ32851
TapeStation高灵敏度D1000试剂盒Agilent5067-5585, 5067-5584
NovaSeq测序仪Illumina--
CUT&Tag试剂盒EpiCypher14-1102
兔免疫球蛋白GEpiCypher13-0042t
H3K27me3抗体EpiCypher13-0055t
H3K4me1抗体Cell Signaling Technology5326
H2AK119Ub抗体Cell Signaling Technology8240

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
动物模型构建
Csf3rT621I等位基因重组验证;poly I:C注射剂量和频率;Asxl1Y588X等位基因存在
阅读提示:Methods: Transgenic mouse models; Figure 1C-E
造血干细胞分析
流式细胞术标记方案;分析时间点(4个月、1年);移植条件(照射剂量、移植细胞数)
阅读提示:Methods: Flow cytometry; Results: Asxl1 truncation promotes the expansion of myeloid-biased stem cells; Figure 2
体外分化实验
HoxB8细胞去雌激素时间(48小时);32Dcl3细胞G-CSF浓度和培养时间(3天);转染的质粒构建
阅读提示:Methods: Cell culture; Results: Asxl1 mutations enhance CSF3R-driven differentiation; Figure 4A, Figure 6A
转录组分析
RNA提取时间点(去雌激素24小时);测序平台和参数;差异表达分析标准(Padj < 0.05)
阅读提示:Methods: RNA sequencing; Results: Asxl1 mutations enhance CSF3R-driven differentiation; Figure 4B
表观遗传分析
ATAC-seq和CUT&Tag的细胞数量和处理时间(去雌激素48小时);抗体信息;数据分析参数
阅读提示:Methods: ATAC sequencing, CUT&Tag; Results: Asxl1 mutations change the epigenetic landscape; Figure 6B-H