在真核染色质中，DNA 反复盘绕在小碱性蛋白质（组蛋白）的八聚体周围，形成核小体 [1]。染色质结构和组蛋白的翻译后修饰是了解潜在基因表达的关键因素 [2]。由组蛋白翻译后修饰、DNA 甲基化和转录调节因子库的变化引起的基因表达模式的可遗传改变被称为表观遗传变化 [3]。协调细胞从未成熟、增殖状态转变为成熟、分化组织的表观遗传变化是发育过程中的关键事件，调节这些过程的基因是可能导致癌症的 DNA 突变和表观遗传缺陷的常见目标 [4-8]。一个例子是急性髓性白血病 (AML)，这是一种高度恶性的造血系统疾病，约占白血病总病例的 30%，在四种主要白血病类型中存活率最低 [9]。 AML 表现为骨髓内的造血过程中断，导致外周血中未成熟的髓细胞数量过多，其分化在不同的早期阶段被阻断或停滞。虽然正常的造血是由细胞外信号传导和内在表观遗传变化共同调节的 [10]，但事实上，在 AML 中最常发生突变的基因中 [11]，大多数被称为表观遗传染色质调节因子，这表明染色质表观遗传学是导致 AML 以及其他血液系统恶性肿瘤的突变的主要目标 [12]。
虽然 DNA 甲基化和 Polycomb 抑制复合物是与人类白血病相关的研究最多的表观遗传因素之一 [10, 12]，但在这项工作中，我们将研究重点放在功能相关的组蛋白修饰、组蛋白 H3 赖氨酸 9 二甲基化 (H3K9me2) 的作用上。 ，在与正常骨髓细胞分化及其中断导致 AML 相关的过程中。这种组蛋白修饰与基因抑制有关 [13]，与密切相关的抑制标记组蛋白 H3K9 三甲基化 (H3K9me3) 与组成型着丝粒周围异染色质的关联相反，H3K9me2 标记广泛分布在常染色质中的抑制基因 [14 ] 以及核外围的动态核层相关域 (LAD) [15]。通过基因组分析，H3K9me2 在正常细胞分化过程中显着增加 [16, 17] 形成大有组织的染色质 K9 结构域 (LOCK)，在癌细胞中显着改变 [5, 18]。通过免疫荧光成像可见，H3K9me2 在活跃增殖的细胞中广泛分布在核染色质上，但它在空间上与活跃的常染色质分离，并在终末细胞分化过程中发生结构修饰，因此其抗原暴露被阻断 [19-21]。上述发现与 H3K9me2 一致，H3K9me2 是兼性染色质的主要标志，以发育调节的方式浓缩和抑制 [21, 22]。
哺乳动物细胞中的大多数 H3K9me2 修饰是由常染色质组蛋白甲基转移酶 (HMTase) G9a/GLP (EHMT2/EHMT1) 介导的，这对于小鼠胚胎发育和胚胎干细胞分化 [23]、人类造血祖细胞中的谱系定型至关重要 [23]。 17]，并将重编程限制为多能干细胞 [4]。 G9a 的缺失几乎完全消除了常染色质中的 H3K9me2，但不影响异染色质中的 H3K9 三甲基化 [14, 23]。
G9a/GLP 和组蛋白 H3K9me2 甲基化参与抑制与 AML 相关的多个基因 [24-26]，但 H3K9me2 在髓系白血病发生中的功能作用尚不清楚。一方面，H3K9me2 在造血祖细胞定型期间传播，抑制 G9a/GLP 会降低其分化并促进干细胞特性 [17]。因此，最近的一项研究表明，JMJD1C 是一种降低 H3K9me2 水平的去甲基化酶，可促进人类 AML 细胞系的存活 [27]。另一方面，在小鼠模型和人类 AML 细胞系中，HMTase G9a/GLP 的药理学和遗传靶向在减缓 AML 细胞增殖方面被证明是有效的 [26, 28]，因此这些 HMTase 成为表观遗传治疗的潜在靶点。反洗钱。因此，H3K9me2 可能具有促进白血病和限制白血病的作用，这取决于基因组背景和组蛋白修饰酶的特异性活性。
在这里，我们询问 H3K9me2 的全基因组定位是否在人类 AML 细胞中发生改变，而不是 H3K9me2 在骨髓分化过程中扩散的正常过程，这些变化是否包括在所有或某些类型中显示 H3K9me2 获得或损失的任何特定基因组区域AML，这些变化是否与基因表达和/或基因组不稳定性的协调转变有关，以及这些变化，尤其是那些对 AML 有效，可以通过 G9a/GLP 的药理学靶向来逆转。
为了回答这些问题，我们开发了一种对大 H3K9me2 块进行全基因组分析的新方法（S1 文件中的图 A），并将其应用于人类骨髓细胞，包括成熟粒细胞、CD34+ 祖细胞、培养的 K562 骨髓细胞和 10 个样本来自 AML 患者外周血的原代细胞。我们确定了与 AML 中的大规模转录变化相协调的 H3K9me2 的 AML 特异性块（称为差异大有组织的染色质 K9 结构域或 dLOCK）。我们还观察到与白血病模型细胞系 K562 中的 G9a/GLP 药理学抑制后的转录变化相关的 H3K9me2 水平的大规模降低。引人注目的是，新的 AML 特异性 H3K9me2 块包含许多下调的原癌基因，特别是受 ERG 转录调节的基因，ERG 是促进成体造血干细胞自我更新和扩增的因子 [29, 30]，表明扩散AML 中的 H3K9me2 阻断可能通过使 ERG 及其下游靶点失活来限制干细胞特征。
此外，富含 AML 的 H3K9me2 块表现出增加的 AML 特异性单核苷酸变异 (SNV) 和已知导致 AML 的染色体易位位点的发生率。假设骨髓分化对于 AML 的发生至关重要 [31]，我们提出 AML 特异性 H3K9me2 阻断可能通过增加富含被抑制的原癌基因的染色体区域的染色体不稳定性和诱变来促进 AML。我们预计观察到的表观基因组转变可用于 AML 预后以及其表观遗传治疗和预防染色体不稳定性的目标。
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