Посещений: 
ГЕМАТОПОЭТИЧЕСКИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКИ И ЛЕЙКЕМИЯ
Роль гомеобоксных генов IRX
The Role of IRX Homeobox Genes in Hematopoietic Progenitors and Leukemia Stefan Nagel  Genes 2023, 14(2), 297; https://doi.org/10.3390/genes14020297
|
IRX genes are members of the TALE homeobox gene class and encode six related transcription factors (IRX1-IRX6) controlling development and cell differentiation of several tissues in humans. Classification of TALE homeobox gene expression patterns for the hematopoietic compartment, termed TALE-code, has revealed exclusive IRX1 activity in pro-B-cells and megakaryocyte erythroid progenitors (MEPs), highlighting its specific contribution to developmental processes at these early stages of hematopoietic lineage differentiation. Moreover, aberrant expression of IRX homeobox genes IRX1, IRX2, IRX3 and IRX5 has been detected in hematopoietic malignancies, including B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (BCP-ALL), T-cell ALL, and some subtypes of acute myeloid leukemia (AML). Expression analyses of patient samples and experimental studies using cell lines and mouse models have revealed oncogenic functions in cell differentiation arrest and upstream and downstream genes, thus, revealing normal and aberrant regulatory networks. These studies have shown how IRX genes play key roles in the development of both normal blood and immune cells, and hematopoietic malignancies. Understanding their biology serves to illuminate developmental gene regulation in the hematopoietic compartment, and may improve diagnostic classification of leukemias in the clinic and reveal new therapeutic targets and strategies.
|
Иммунные клетки и клетки крови относятся к кроветворной системе и происходят из гемопоэтических стволовых клеток (HSC), расположенных в костном мозге. Эта сложная и пластичная система была широко охарактеризована с помощью цитологических, генетических, иммунологических и молекулярных методов, включая новые методы секвенирования отдельных клеток, что позволило выявить происхождение и родство как предшественников, так и зрелых клеток [1,2]. Общие миелоидные и общие лимфоидные предшественники (CMP и CLP) происходят из HSC и представляют собой основателей миелоидной и лимфоидной линий, соответственно (рис. 1).
 Figure 1. This diagram illustrates the expression patterns of TALE class homeobox genes in the course of hematopoiesis, termed TALE-code. Please note, IRX1 is exclusively expressed in pro-B-cells during lymphopoiesis and in megakaryocyte erythroid progenitors (MEPs) during myelopoiesis (blue arrowheads). Abbreviations: BCP: B-cell progenitor; cDC: conventional dendritic cell; CDP: common dendritic cell progenitor; CFU ery: colony forming unit for erythrocytes; CILP: common innate lymphoid progenitor; CLP: common lymphoid progenitor; CMP: common myeloid progenitor; DN: double negative thymocytes; DP: double positive thymocytes; ery: erythrocyte,; ETP: early T-cell progenitor; GC: germinal center; granu: granulocyte; HSC: hematopoietic stem cell; ILC: innate lymphoid cell; ILCP: innate lymphoid cell progenitor; inter ery: intermediate erythroid; late ery: late erythroid; LMPP: lymphoid myeloid primed progenitor; macro: macrophage; mast: mast cell; MDP: monocyte dendritic cell progenitor; mega: megakaryoycte; MEP: megakaryocyte erythroid progenitor; moDC: monocyte-derived dendritic cell; mono: monocyte; NK-cell: natural killer cell; NKP: natural killer progenitor; pDC: plasmacytoid dendritic cell; pro myelo: pro-myelocyte; meta myelo: meta-myelocyte.
CLPs производят все типы лимфоцитов, включая В-клетки, Т-клетки, клетки естественные киллеры (NK) и врожденные лимфоидные клетки (ILC). Раннее развитие В-клеток происходит в костном мозге, начиная с предшественников В-клеток (BCP), полученных из CLP. BCPs дифференцируются в нативные В-клетки через стадии про-В- и пре-В-клеток [3]. Нативные В-клетки мигрируют из костного мозга в лимфоидные ткани, включая лимфатические узлы и селезенку, чтобы пройти дифференцировку через стадию germinal center (GC) В-клеток в В-клетки памяти и плазматические клетки. Напротив, полученные из CLPs ранние Т-клеточные предшественники (ETP) мигрируют в тимус для завершения дифференцировки в Т-клетки, положительные по CD4 или CD8 через стадии двойного негатива (ДН) и двойного позитива (ДП) [1]. CMPs производят все типы миелоидных клеток, включая гранулоцитарно-макрофаговые предшественники (GMP) - производные типов гранулоцитов, а именно эозинофилы, нейтрофилы и базофилы. Мегакариоцитарный эритроидный предшественник (MEP) производит мегакариоциты и эритроциты через специфические промежуточные продукты [4,5]. Панель миелоидных клеток дополнительно содержит тучные клетки и моноциты, последние способны дифференцироваться в макрофаги или моноцит-производные дендритные клетки (moDC), а обычные и плазмацитоидные DC происходят из общего предшественника. В отличие от развивающихся лимфоцитов, все типы миелоидных клеток созревают в костном мозге [1].
Основные этапы дифференцировки во время гемопоэза контролируются на транскрипционном уровне различными транскрипционными факторами (TF), которые часто называют мастер-факторами [6,7]. TAL1/SCL, LYL1 и TCF3/E2A являются членами семейства основных белков, содержащих участок спираль-петля-спираль. В то время как TAL1 и LYL1 регулируют жизненно важные этапы раннего и позднего кроветворения, TCF3 активен в дифференцировке В- и Т-клеток [8]. Во время развития В-клеток TCF3 активирует экспрессию иммуноглобулинов в дополнение к основным факторам В-клеток EBF1 и PAX5 [9]. Факторы GATA - это белки с цинковыми пальчиками, которые контролируют стволовые кроветворные клетки (GATA2), эритропоэз и мегакариопоэз (GATA1), развитие NK- и T-клеток (GATA3) [10]. Дополнительными ведущими TFs, контролирующими специфические процессы дифференцировки кроветворных клеток, являются BCL11B (регулирующий развитие Т-клеток), NFIL3 (NK-клетки), ID2 (ILCs) и SPI1/PU.1 (миелоидные клетки) [11-14]. Эти регуляторы развития принадлежат к различным семействам белков, что свидетельствует о том, что различные типы TFs осуществляют транскрипционный контроль кроветворения.
Гены с гомеобоксами кодируют вторую по величине группу TFs у человека и регулируют фундаментальные этапы развития и дифференциации, как в эмбриогенезе, так и во взрослом состоянии [15,16]. Параллельно с этими физиологическими функциями, дерегулированные гены homeobox лежат в основе соответствующих нарушений развития или способствуют канцерогенезу. В зависимости от типа опухоли homeobox гены могут действовать как онкогены или супрессоры опухоли [17,18]. Эти гены имеют общий консервативный участок, гомеобокс длиной 180 п.н., который на белковом уровне кодирует гомеодомен, содержащий 60 аминокислотных остатков. Этот домен образует три спирали, формируя специфическую трехмерную структуру, классифицируемую как спираль-поворот-спираль, которая осуществляет специфические взаимодействия с ДНК, хроматином и взаимодействующими TFs [16]. Спираль 3 встраивается в основную бороздку ДНК и осуществляет специфические для последовательности взаимодействия, а сучастки 1 и 2 стабилизируют структуру домена и, вместе с фланкирующими аминокислотными остатками, осуществляют дополнительные контакты с ДНК [19].
Систематическая классификация всех 235 гомеобоксных генов человека дает панель из 11 классов и нескольких подклассов [20]. Один из основных классов, antennapedia (ANTP), содержит подклассы NKL и HOXL, которые включают кластеризованные гены HOX. Другие идентифицированные до сих пор классы - CERS, CUT, HNF, LIM, POU, PRD, PROS, SINE, TALE и ZF. Гомеобоксные гены класса TALE состоят из 20 членов у человека и имеют общее из трех аминокислот расширение петли между спиралью 1 и 2, сокращенно называемое TALE [20]. Эта древняя группа гомеобокс-генов кодирует TFs, которые способны сотрудничать с другими TALE или конкретными HOX-белками для регуляции активности генов-мишеней. Класс TALE делится на шесть групп, а именно IRX, MEIS, MKX, PBX, PKNOX и TGIF [21]. Здесь мы сосредоточимся на генах IRX и их роли в нормальном и аберрантном кроветворении.
2. Homeobox Gene Codes
Гомеобокс-гены оказывают общее регуляторное воздействие на процессы развития. Это утверждение подтверждается тем, что идентичность всех 118 типов нейронов у нематод Caenorhabditis elegans предопределяются специфическими гомеобокс-генами, 102 из которых в совокупности присутствуют в геноме этого животного [22]. Более того, родственные гомеобоксные гены часто вовлечены в сходные и эволюционно консервативные операции и функции. Так, например, гены HOX регулируют формирование передне-задней оси у эмбрионов. Эти и подобные наблюдения были использованы для создания HOX-кодов, которые представляют собой сигнатуры всех экспрессированных HOX-генов в развивающейся области глотки, заднего мозга или клеток нервного гребня вдоль этой оси [23-25]. DLX-код включает в себя DLX-гомеобоксные гены, экспрессирующиеся в глоточной области дорсо-вентрально, а специфические PAX-гены определяют идентичность развивающихся плакод [26,27]. Таким образом, кодоны гомеобоксных генов состоят из родственных членов выбранной группы гомеобоксных генов, которые демонстрируют отчетливый паттерн экспрессии в определенном отделе организма. Мы применили эту концепцию к кроветворной системе человека, сфокусировавшись на гомеобокснывх генах подкласса NKL в дополнение к гомеобокс-генам класса TALE для создания соответствующих NKL- и TALE-кодов [28-32]. В отличие от ранее описанных кодов гомеобокс-генов, мы использовали эти сигнатуры для сравнения нормального и злокачественного развития. Таким образом, мы оценили конкретные лейкозы/лимфомы в соответствии с их аберрантной активностью NKL и TALE гомеобокс-генов [28-32]. Выявленные дерегулированные гомеобокс-гены могут быть полезны для классификации и диагностики гемопоэтических злокачественных опухолей и даже выявить новые терапевтические гены-мишени, вовлеченные в измененные сети.
Фактический TALE-код изображен на рисунке 1. Он был установлен в два этапа путем анализа соответствующих миелоидных и лимфоидных линий, причем последний был завершен совсем недавно [29-31]. Согласно этим данным, кроветворный компартмент человека экспрессирует одиннадцать гомеобоксных генов класса TALE, включая IRX1, MEIS1, MEIS2, MEIS3, PBX1, PBX2, PBX3, PBX4, PKNOX1, TGIF1 и TGIF2. Количество экспрессируемых генов TALE homeobox в отдельных образованиях варьирует от трех до девяти. Кроме того, этот код демонстрирует различные типы паттернов экспрессии генов: Гены TGIF экспрессируются во всех образованиях, кроме одного; экспрессия PBX1 ограничена прогениторными клетками лимфоидной линии, но также активна в зрелых миелоидных типах клеток; а экспрессия IRX1 ограничена про-B-клетками и MEPs. Таким образом, IRX1 активируется исключительно в двух соответствующих типах предшественников, принадлежащих к лимфоидной и миелоидной системе. Эти наблюдения указывают на роль IRX1 в нормальном кроветворении, в то время как родственные гены IRX могут оказывать влияние на злокачественные новообразования кроветворной системы после их дерегуляции.
3. IRX1 Expression and Regulation in Hematopoiesis
3.1. IRX1 in Lymphopoiesis
IRX1 является одним из основателей шести генов IRX, зарегистрированных у позвоночных [33-35]. Их названия происходят от комплекса гомеобоксных генов Iroquois (Iro-C), идентифицированного у дрозофилы. Iro-C состоит из двух гомеобоксных генов TALE, а именно Araucan и Caupolican [36]. Плодовые мушки, несущие мутантный локус Iro-C, потеряли боковые щетинки нотума, что напоминает прическу, приписываемую племени ирокезов [37]. В геноме человека ген IRX1 расположен в кластере вместе с IRX2 и IRX4 в хромосомной позиции 5p15, а IRX3, IRX5 и IRX6 кластеризованы в 16q12.
Гены IRXs кодируют TFs, которые различаются по своей функции из-за различий в последовательности и тканеспецифической активности. Согласно данным RNA-seq из Атласа белков человека [38], IRX1 экспрессируется в нескольких тканях, включая мозг, легкие, слюнные железы, почки и молочную железу, но молчит в зрелой крови и иммунных клетках (рис. 2). Функционально IRX1 участвует в развитии почек и дифференцировке нейронов, что соответствует профилю его экспрессии [39,40]. Таким образом, IRX1 кодирует гомеодоменные TFs класса TALE, регулирующую тканеспецифические процессы развития.
 Figure 2. RNA-seq based expression data for IRX1 derived from the Human Protein Atlas. Elevated IRX1 levels are detectable in the brain, lung, salivary gland, kidney and breast (above) while selected immune and blood cells do not express IRX1 (below).
Определение лимфоидного TALE-кода выявило экспрессию IRX1 исключительно в В-клетках предшественниках [31]. Таким образом, во время дифференцировки В-клеток IRX1 активируется в этом предшественнике для выполнения специфических операций развития. Обширная геномная регуляторная область IRX1 занимает около 2 Мб, что указывает на необходимость детального контроля этого гена, характерного для мастер-регуляторов развития. Проверка локуса гена IRX1 с помощью данных геномного браузера UCSC выявила множество потенциальных сайтов связывания TF, включая несколько сайтов для гемопоэтических TFs, таких как GATA и TCF3 (рис. 3). Соответственно, транскрипционный анализ IRX1 с помощью siRNA-опосредованного нокдауна в лейкемических линиях В-клеток человека показал, что TCF3 является активирующим фактором [31]. TCF3 кодирует два альтернативно сплайсированных TFs семейства с основными спираль-петля-спираль участкамии, называемых E12 и E47, которые являются основными факторами лимфопоэза и развития В-клеток [8,9]. Дополнительные эксперименты по нокдауну показали, что IRX1, в свою очередь, стимулирует экспрессию TCF3, это указывает на то, что IRX1 и TCF3 являются взаимными активаторами [31]. Эта интерпретация подтверждается повышенным уровнем экспрессии обоих генов в про-В-клетках [31]. В целом, IRX1 является частью физиологической сети регуляции генов, определяющей дифференцировку В-клеток.
 Figure 3. This diagram was obtained from the UCSC genome browser and shows just 100 kb of the about 2 Mb long regulatory region of IRX1 (coding part in blue). It contains several potential binding sites for TFs, including hematopoietic TFs such as BACH, CEBP, GATA, IRF, MEF2, MEIS-HOXA, MSX1, MYB, NFkB, STAT, STAT5, TAL1 and TCF3/E47 (indicated by red asterisks). All these factors represent potential regulators, while GATA1, GATA2 and TCF3 are confirmed activators of IRX1 transcription.
Кроме того, IRX1 физиологически экспрессируется в некоторых негемопоэтических тканях, таких как легкие (рис. 2). Однако в аденокарциноме легкого экспрессия IRX1 подавляется гиперметилированием ДНК, в то время как гипометилирование опосредует его аберрантную активацию в остеосаркоме [41,42]. Эти данные показывают, что ДНК-метилирование представляет собой важный механизм регуляции IRX1, который также может играть определенную роль в кроветворном компартменте.
3.2. IRX1 in Myelopoiesis
Помимо лимфоидных про-В-клеток, IRX1 проявляет активность в миелоидных MEPs [30]. Факторы GATA являются близкородственными TFs, содержащими два Zn-пальцевых ДНК-связывающих домена, которые распознают когнитивные участки ДНК [43]. Три из них, GATA1, GATA2 и GATA3, представляют собой фундаментальные гемопоэтические TFs. GATA1 и GATA2 являются основными регуляторами миелопоэза; GATA2 играет важную роль в стволовых и клетках предшественников и заменяется GATA1 на последующих этапах дифференцировки [10,43]. MEPs (но не про-B-клетки) экспрессируют повышенные уровни как GATA1, так и GATA2 (Рисунок 4), отмечая переход от предшественников к более дифференцированным типам клеток. Эксперименты по нокдауну в миелоидных клеточных линиях показали, что и GATA1, и GATA2 опосредуют транскрипционную активацию IRX1 [30], что согласуется с наличием потенциальных сайтов связывания GATA в локусе IRX1 (Рисунок 3). Таким образом, активация транскрипции IRX1 в MEPs, вероятно, осуществляется главными факторами GATA1 и GATA2. Дополнительные исследования с использованием миелоидных и негемопоэтических клеточных линий показали, что IRX1, в свою очередь, регулирует экспрессию KLF1, TAL1, EGR1/2/3 и HOXB4 [30,44]. Таким образом, физиологический IRX1, вероятно, встроен в сеть, состоящую из миелоидных ведущих TFs, которые проявляют специфическую активность в MEPs (рис. 4).
 Figure 4. Expression data obtained from GEO (dataset GSE19599) for IRX1, E2F1, TCF3, GATA1, GATA2, EGR1, EGR2, EGR3 and HOXB4 from hematopoietic progenitor cells including pro-B-cells (boxed in blue) and MEPs (boxed in black). Elevated or reduced expression levels in pro-B-cells and/or MEPs support regulatory interactions of these genes/factors.
В целом, IRX1 физиологически экспрессируется в специфических гемопоэтических предшественниках, а именно в про-В-клетках и MEPs. Данные о совместной экспрессии в нормальных клетках предшественниках и экспериментальные результаты на клеточных линиях указывают на то, что IRX1 является неотъемлемой частью регуляторных сетей лимфоидных и миелоидных генов. На сегодняшний день лимфоидная сеть состоит из IRX1 и TCF3, а миелоидная сеть содержит IRX1, EGR1/2/3, GATA1/2, HOXB4, KLF1 и TAL1.
4. Aberrant IRX Gene Activities in Hematopoietic Malignancies
4.1. Deregulated IRX Genes in Acute Lymphoid Leukemia
Согласно лимфоидному TALE-коду, IRX1 экспрессируется исключительно в про-В-клетках [31]. Острый лимфобластный лейкоз с предшественниками В-клеток (BCP-ALL) происходит из аберрантных ранних предшественников В-клеток, включая про-В-клетки, и демонстрирует остановку дифференцировки на этих стадиях. Этот тип лейкоза преобладает у детей и классифицируется в зависимости от наличия специфических генов слияния [45-49]. Оценка публичных данных BCP-ALL на наличие дерегулированных генов IRX выявила аберрантную экспрессию IRX1, IRX2 и IRX3 в подгруппах пациентов [31]. Более того, эти гены демонстрируют специфический паттерн экспрессии в зависимости от маркеров кариотипа. Экспрессия IRX2 коррелирует с наличием TCF3-fusions, а IRX3 - с ETV6-fusions [31,50]. В отличие от этого, IRX1 не показывает специфической корреляции, что указывает на остаточную активность в зависимости от соответствующей ранней стадии развития В-клеток [31]. Более того, аберрантная активация IRX3 также была зарегистрирована у 48% пациентов с Т-клеточным ALL, коррелируя с активностью гена HOXA [50].
Клеточные линии BCP-ALL, аберрантно экспрессирующие гены IRX, служат подходящими моделями для анализа их регуляторных сетей. Данные по экспрессии E2F1 из нормальных про-B-клеток и злокачественных клеточных линий BCP-ALL демонстрируют повышенные уровни транскрипта (рис. 4), это указывает на то, что E2F1 может представлять собой физиологический регулятор IRX1 в этих предшественниках [31]. Однако эксперименты по нокдауну, проведенные в клеточных линиях BCP-ALL, вместе с данными ChIP-seq из базы данных ENCODE (набор данных GSM935477) показывают, что E2F1 активирует IRX2, но не IRX1 через прямое взаимодействие в локусе IRX2 [31]. Клеточная линия BCP-ALL 697 экспрессирует IRX2 и несет ген слияния TCF3::PBX1. Эксперименты с использованием этой модели клеточной линии показали, что IRX2 ингибирует TCF3 дикого типа, но не TCF3::PBX1 [31]. В слитом гене удален сайт связывания IRX2, идентифицированный в интроне 18 (рис. 5). Таким образом, IRX2 не способен связывать и ингибировать TCF3::PBX1. TCF3 кодирует важный фактор для развития В-клеток, который нарушается при слиянии генов, это указывает на то, что он является опухолевым супрессором [8,31]. Подавление TCF3, но не онкогенного TCF3::PBX1, представляет собой дополнительный механизм аномальной регудяции развития В-клеток через возмущение TCF3.
 Figure 5. Deregulation of TCF3 in BCP-ALL. TCF3 is frequently mutated by chromosomal translocation resulting in gene fusions with particular partners including PBX1. The fusion breakpoints and the generated TCF3::PBX1 fusion gene are indicated. IRX2 binds at intron 18 of TCF3 and suppresses its transcription. The genomic fusion of TCF3 and PBX1 deletes this inhibitory IRX2 binding site.
Линия клеток BCP-ALL REH экспрессирует IRX3 и несет ген слияния ETV6::RUNX1. Параллельно ситуации в клетках 697, IRX3 связывает ETV6 в интроне 1. Однако IRX3 активирует экспрессию ETV6::RUNX1, поскольку в результате слияния этот сайт связывания сохраняется (рис. 6). Таким образом, IRX3 осуществляет активацию как ETV6 дикого типа, так и слитого гена ETV6::RUNX1 [31]. Однако ETV6 кодирует фактор развития В-клеток, который также работает как опухолевый супрессор [51]. Поэтому делеция ETV6 в IRX3-положительных клетках, возможно, служит для предотвращения транскрипционной активации этим гомеодоменным фактором [31]. Данные секвенирования клеточных линий T-ALL показывают аберрантную экспрессию исключительно IRX3, в то время как остальные гены IRX молчат, что указывает на функциональные различия между онкогенами IRX в B-клеточном и T-клеточном ALL [31]. В T-ALL онкогенный TAL1 взаимодействует и сотрудничает с TCF3 для дерегуляции генов-мишеней [52,53]. Поэтому IRX2-опосредованная репрессия TCF3 может иметь неблагоприятный эффект в TAL1-положительных T-ALL.
 Figure 6. Deregulation of ETV6 in BCP-ALL. ETV6 is frequently mutated by chromosomal translocation resulting in gene fusions with particular partners including RUNX1. The fusion breakpoints are indicated. IRX3 binds at intron 1 of ETV6 and activates its transcription. The genomic fusion of ETV6 and RUNX1 maintains this activating IRX3 binding site. В целом, BCP-ALL и T-ALL пациенты и клеточные линии аберрантно экспрессируют IRX гомеобоксные гены IRX1, IRX2 и IRX3. Экспрессия IRX1 в BCP-ALL может отражать егоь нормальную активность в pro-B клетках, в которых возникает такого типа лейкемия. Появление IRX2 и IRX3 коррелирует в особенности со слитыми генами при BCP-ALL и подтверждает их онкогенную активность. IRX3 может представлять собоей единственный аномально регулируемый ген IRX в T-ALL, кооперирующий с генами HOXA. IRX гены,т.о., представляют собой новые онкогены и могут слжить диагностическими маркерами ALL.
4.2. Deregulated IRX Genes in Acute Myeloid Leukemia
Установление миелоидного TALE-кода выявило экспрессию IRX1 исключительно в MEPs [30]. Соответственно, скрининг на аберрантную активность генов IRX при остром миелоидном лейкозе (AML) выявил избыточную экспрессию IRX1, IRX3 и IRX5 в подгруппах пациентов, идентифицировав эти гены как онкогены для данного типа злокачественной опухоли [30]. Аберрантная экспрессия генов IRX при AML была выявлена и другими методами. Гены HOXA активируются белками слияния KMT2A и действуют как онкогены при AML. Однако наблюдение за снижением уровня экспрессии гена HOXA у пациентов, содержащих слитый белок KMT2A::AFF1, привело к идентификации IRX1, который ингибирует активность KMT2A::AFF1 путем прямого взаимодействия [44]. Следует отметить, что подобный дифференциальный характер экспрессии генов HOXA и IRX был отмечен и при ALL [54,55]. Напротив, повышенная экспрессия IRX3 коррелировала с онкогеном FOXC1 в HOXA-позитивной AML, что было подробно проанализировано в дополнительном исследовании тех же исследователей [56]. Таким образом, функциональный анализ IRX3 в ALL выявил ингибирование миеломоноцитарной дифференцировки [50]. Таким образом, аберрантно экспрессируемые факторы IRX в миелоидных предшественниках вовлечены в арест развития и коррелируют с активностью гена HOXA.
Идентифицированные клеточные линии AML, экспрессирующие гены IRX, служат моделями для анализа их регуляторных сетей. Данные показывают, что аберрантно экспрессированный IRX3 активируется HOXA10 и BMP2-сигналом через JUNB и SMAD4 [30]. В мегакариобластной клеточной линии AML MEGAL соседние локусы IRX3 и IRX5 фокально амплифицированы и избыточно экспрессируются вместе с FTO [30]. FTO содержит энхансер для соседних генов IRX и играет роль в ожирении и раке, включая AML [57-60]. Таким образом, геномные аберрации этих локусов могут лежать в основе активации IRX в подмножествах этой злокачественной опухоли. Напротив, IRX3 сам по себе действует как ингибитор, подавляя транскрипцию GATA1, GATA2 и FST [30]. FST является ингибитором BMP2 - его репрессия, таким образом, усиливает активацию передачи сигналов BMP2, тем самым создавая петлю обратной связи (рис. 7). Недавно было показано, что BMP2 играет аномальную роль в самообновлении MEPs, совпадающую с его функцией в активации онкогенного IRX3 [61]. Подавление GATA1/2 может способствовать зарегистрированному аресту дифференцировки, поскольку факторы GATA выполняют основные операции развития в миелопоэзе [10,43].
 Figure 7. IRX genes in normal and aberrant hematopoiesis. (A) Upstream regulators and downstream target genes of IRX factors in B-cell development (left) and myelopoiesis (right). (B) IRX1 drives normal differentiation of B-cells (left) and myeloid cells (right) while aberrantly expressed IRX1, IRX2 and IRX3 deregulate cell differentiation mediating developmental arrest and leukemogenesis.
База данных OMIM (www.omim.org, по состоянию на 11 января 2023 года) содержит информацию о заболеваниях, связанных со всеми шестью генами IRX, а именно IRX1: OMIM 606197, IRX2: OMIM 606198, IRX3: OMIM 612985, IRX4: OMIM 606199, IRX5: OMIM 606195 и IRX6: OMIM 606196. В базе данных MGI (www.informatics.jax.org, по состоянию на 11 января 2023 года) для IRX1, IRX3, IRX5 и IRX6 были перечислены модели нокаутных мышей. Однако в этих ресурсах не было ссылок на гемопоэтические/иммунологические заболевания или функции для какого-либо гена IRX.
В целом, сообщалось о пациентах с AML и клеточных линиях, которые аберрантно экспрессируют гены IRX homeobox IRX1, IRX3 и IRX5, что отражает их вклад в регуляторные сети, контролирующие миелопоэз и приводящие к остановке дифференцировки (рис. 7). Изучение этих генов может быть использовано для клинической диагностики AML и, наряду с идентификацией других генов-мишеней, может выявить новые терапевтические стратегии в будущем.
5. Conclusions
Гены IRX являются близкородственными членами класса гомеобоксных генов TALE, которые различаются по последовательности и тканеспецифической активности. IRX1 физиологически экспрессируется в про-B-клетках и MEPs и является частью соответствующих регуляторных сетей. Аберрантная активность генов IRX способствует развитию гемопоэтических злокачественных опухолей, включая BCP-ALL, T-ALL и AML, через дерегуляцию процессов развития (Рисунок 7). Аберрантно экспрессированные гены IRX могут служить дополнительными диагностическими маркерами в клинике, а характеристика их генов-мишеней может помочь в разработке новых целевых методов лечения.
|