Mol Cancer | 高深度蛋白质组结合CRISPR/Cas9筛选揭示白血病的治疗新靶点

景杰生物 | 报道

 

急性白血病（AL）是一种造血系统恶性肿瘤，主要由白血病细胞异常增殖及成熟不全所导致，在临床上分为急性淋巴细胞性白血病（ALL）和急性髓系白血病（AML）两种类型。蛋白质组学可以帮助我们探究蛋白质的功能和调控机制，阐明蛋白质的表达差异与疾病的关联，发现新的生物标志物以及研发新的药物靶点。但是急性白血病的相关蛋白质组学研究目前尚处于空白阶段。 近日，德国马普研究所的Ashok Kumar Jayavelu教授团队在国际著名期刊Molecular Cancer（IF=37.3）发表题为“Combined proteomics and CRISPR‒Cas9 screens in PDX identify ADAM10 as essential for leukemia in vivo”的研究成果，该团队对从小鼠中分离的急性白血病患者来源的异种移植(PDX)白血病干细胞进行了深度蛋白质组学分析，结合基因编辑技术揭示了金属蛋白酶ADAM10是未来治疗急性白血病的治疗靶点，为精准医学治疗提供重要参考。

 

 

 

“Label-retaining cells”（LRC）指在某种标记方法下，保留标记物或示踪物的细胞。研究人员通过蛋白组学技术，基于PDX模型中白血病干细胞样本，在LRC和非LRC中共鉴定出8774个蛋白质。与快速循环的非LRC相比，慢周期LRC显示质膜、糖蛋白和细胞外黏附蛋白表达增加，并且LRC没有活跃的增殖。蛋白质组学分析结果发现，LRC中ITGB1、ITGB2、ITGA4、ITGA7和ADAM10等膜蛋白和糖蛋白的表达量显著增加。值得注意的是，ADAM10与CD81、ITGB1、JUP、FLOT1、SPG7、VDAC2、CTSB和IDE等与金属内切酶活性和细胞粘附相关的蛋白质形成网络，并在LRC中独特调控。

 

图1 深度蛋白质组学揭示慢循环PDX-ALL细胞黏附的调节

 

随后研究人员在PDX模型中建立了全面的CRISPR-Cas9筛选工作流程，并在PDX ALL模型中进行体内功能性反向遗传学验证。结果发现在PDX ALL模型中，CXCR4、SLC19A1、SLC3A2、ITGB1和ADAM10这5个基因均普遍缺失，但在LRC的蛋白质组分析中富集。蛋白质组学结果显示在LRC中ADAM10明显上调，并在T-ALL和多种实体的癌症以及正常造血过程中发挥重要作用。此外，研究者还发现ADAM10的mRNA的表达水平在多种AL亚型中，与健康供体骨髓数据集相比显著上调，证明了ADAM10在ALL和AML中的潜在作用。在B-ALL和AML细胞系中，ADAM10蛋白也高度表达。在TCGA数据集的样本中，ADAM10高表达与AML患者整体生存趋势相关。

 

 

 

图2 ADAM10在体内对急性白血病PDX的治疗作用

 

为深入了解ADAM10在白血病中的下游影响，研究人员对有无ADAM10表达的AL细胞进行了蛋白质组和转录组分析。在SEM白血病细胞系中，ADAM10 基因敲除导致854个蛋白质的下调和1120个蛋白质的上调，进一步发现ADAM10基因敲除后，细胞凋亡/死亡、细胞周期、代谢和膜/粘附等过程得到激活。通过对ADAM10基因敲除和对照组的所有PDX模型进行蛋白质组学分析发现，细胞周期、代谢和凋亡过程在转录组和蛋白质组分析中均被发现，并且在细胞系细胞和PDX细胞以及体外和体内实验模型中均存在，这表明ADAM10促进白血病功能至少在一定程度上独立于白血病细胞与骨髓之间的肿瘤环境相互作用。

 

 

 

 

图3 分子和功能分析揭示ADAM10在细胞周期进程和凋亡中的作用

 

最后研究人员发现ADAM10的敲除减少了PDX模型中白血病干细胞（LSC）的频率，表明 LSC依赖ADAM10诱发白血病。通过体外化疗试验数据发现ADAM10的缺失使ALL和AML PDX模型在体内对化疗敏感，同时AML PDX在体外对化疗敏感。进一步证明了靶向ADAM10对治疗白血病患者具有潜在的临床益处。 综上所述，该研究结合高深度的蛋白质组学揭示了ADAM10是LSC维持的关键分子，对肿瘤生长、LSC维持和化疗反应至关重要，并表明ADAM10可能是治疗急性白血病的治疗靶点，为精准医学治疗提供了重要参考。

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