Гематопоэз - высокоупрорядоченный ступечатый процесс, контролруемый разными регуляторами, включая транскрипционные факторы [1], цитокины [2] и некодироующие РНК [3]. Нарушение регуляции важных регуляторов гематопоэза дэ приводить к гематопэтическим ракам, вклчюая оструют миелоидную лейкемию (AML) [4]. В последние оды микроРНК (miRNAs) появились в качестве новых регуляторов в миелогенезе и AML. Аномальная экспрессия кластера miR-17-92, который эпигенетически регулируется с помощью PU.1, вносит вклад в возникновение лейкемии [5]. MiR-223 действует как тонкий настройщик продукции гранулоцитов и воспалительной реакции у мышей [6,7], тогда как miR-142-3p и miR-29a способствует миелоидной дифференцировке [8]. Аномально экспрессируемые миРНК, ассоциированые с AML, служат в качестве мощного прогностического индикатора [9-13]. Некоторые miRNAs, такие как семейство miR-29 [14] и семейство miR-181 f[15] является апробированными для терапии AML.
Для выявления дополнительных miRNAs, участвующих в миелогенезе и развитии AML, мы предприняли miRNA chip анализ и идентифицировали несколько miRNAs с изменяющейся экспрессией во время моноцит/макрофаг дифференцировки и у пациентов с AML. Среди них, miR-22 обнаруживает выраженное усиление регуляции во время дифференцировки и аномальное снижение активности у пациентов с AML.
MiR-22, как известно, играет важную роль в нескольких физиологических процессах и раковых опухолях. У мышей miR-22 целенаправлено воздействует на мРНК Irf8 и контролирует дифференцировку дендритных клеток [16]. Более того, miR-22 является критическим регулятором гипертрофии кардиомиоцитов и кардиального ремоделирования [17,18]. Интересно, что miR-22 может дейстовать или как опухолевый супрессор или как онкоген при разных раковых опухолях. miR-22 ингибирует рост клеток и индуцирует арест клеточного цикла, апоптоз и старение клеток при раке груди, раке толстого кишечника и раке легких [19-22]. miR-22, как известно, способствует также пролиферации В клеток при хроническом лимфолейкозе посредством активации пути PI3K/AKT [23].
MECOM (MDS1 и EVI1 сложный локус), известен также как EVI1 (Ecotropic viral integration site 1), впервые был идентифицирован как распространенный локус у мышей для ретровирусной интеграции при миелодной лейкемии [24]. Несколько исследований продемонстрировали, что MECOM является регулятором поддержания [25] и дифференцировки [26] гематопоэтических стволовых клеток мышей. Однако, функция MECOM в гематопоэзе человека плоз изучена. Несоответствующе высокая экспрессия MECOM является неблагоприятным прогностическим маркером при AML [27]. MECOM может действовать как транскрипционный фактор [25], эпигенетический регулятор [28] или репрессорключевых транскрипционных факторов в гематопоэзе, таких как PU.1 и GATA1 посредством межбелковых взаимодействий [26,29]. мРНК MECOM ранее была идентифицирована как мишень для miR-22 в метастатических клетках рака груди [30].
Мы установили, что miR-22 транскрипционно активируется с помощью PU.1 во время дифференцировки моноцитов/макрофагов и что miR-22 способствует дифференцировке путем целенаправленного воздействия на мРНК MECOM и путем повышения взаимодействия между c-Jun и PU.1. Мы также показали, что miR-22 является репрессорной miRNA при возникновении AML и проверяли, не моджет ли она служить терапевтической мишенью при AML.
Discussion
PU.1, как было установлено, играет решающую роль в димфо-миелоидном развитии и его стадио-специфическая экспрессия является критической для предупреждения лейкемической трансформации [39,40]. Др. исследования установили, что развитие моноцитов/макрофагов из гематопоэтических стволовых клеток нуждается в координируемой с помощью PU.1 экспрессии miRNA [41,42]. Сообщалось, что miR-22 транскрипционно регулируется с помощью P53 и c-Myc [43-45]. Однако, TSS для miR-22 не был подтвержден. Мы идентифицировали TSS и показали, что PU.1 активирует транскрипцию miR-22 путем прямого связывания с промотором miR-22.
MiR-22, как полагают, играет важную роль в нескольких физиологических процессах и раках и идентифицировано несколько несколько генов мишеней для miR-22 в разных типах клеток [16-23,30,46,50,51]. Здесь мы показали. что miR-22 является позитивным регулятором и MECOM негативным регулятором в развитии моноцитов/макроыагов. Мы также показали, что miR-22 способствует дифференцировке посредством целенаправленного воздействия и подавления мРНК MECOM, по крайней мере, частично.
MECOM , как известно, нарушает функцию PU.1 путем конкуренции с c-Jun, критическим коактиватором PU.1 [47] Сходным образом, GATA2, который может быть транскрипционо активирован с помощью MECOM [27], способен вмешиваться во взаимодействие между c-Jun и PU.1 [37]. Кроме того, др. исследования установили, что MECOM блокирует JNK-зависимое фосфорилирование c-Jun [38], снижая тем самым уровни p-c-Jun, это может привести к образованию гетерогенного или гомогенного AP-1, чтобы активировать транскрипцию c-Jun [39]. В этом исследовании мы установили, что снижение MECOM, обусловленное miR-22, приводит к увеличению c-Jun-PU.1 белковых комплексов путем увеличения уровней c-Jun и путем высвобождения MECOM- и GATA2-обеспечиваемой интерференции при взаимодействии между c-Jun и PU.1, это способствует дифференцировке моноцитов/макрофагов.
В данном исследовании мы также определили аномально сниженную экспрессию miR-22 у de novo AML пациентов, подтвердив, что она действует как опухолевый супрессор при развитии AML. Кроме того, мы обнаружили негативную ассоциацию между экспрессией MECOM мРНК и miR-22 и позитивную ассоциацию между экспрессией miR-22 и PU.1 у AML пациентов, это указывает на то. что PU.1-miR-22-MECOM регуляция участвует в возникновении AML.
Согласно приведенным выше результатамЮ мы суммировали молекулярные модели, лежащие в основе вовлечения miR-22's в регуляцию дифференцировки моноцитов/макрофагов (Fig 8A) и возникновение AML (Fig 8B).
Fig 8. The molecular models of miR-22's involvement in monocyte/macrophage differentiation regulation and AML development.
A. During normal monocytic/macrophagic differentiation, the increase of PU.1 expression resulted in up-regulation of miR-22 levels and consequent down-regulation of MECOM expression. The decrease of MECOM prevented its inhibition of the phosphorylation of c-Jun. The increased p-c-Jun then promoted c-Jun expression and thus reinforced the cooperation between c-Jun and PU.1, which plays an important role in the differentiation. The decrease of MECOM and the consequent reduction of GATA-2 also contributed to the cooperation between c-Jun and PU.1 by releasing their inhibition on the cooperation. B. Abnormal decrease of PU.1 expression resulted in a decrease of miR-22 levels and consequent increase of MECOM levels. The abnormally increased MECOM reduced interaction between c-Jun and PU.1 by decreasing c-Jun levels and increasing MECOM- and GATA2-mediated interference in the interaction, which led to the differentiation blockage and development of leukemia.
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1006259.g008
Вплоть до сегодня, имеются два опубликованных сообщения о связи leukemia/miR-22 с противоположными выводами. Song et al. сообщили, что miR-22является онкогенной миРНК и аномально активируется при myelodysplastic syndrome (MDS) и MDS-происходящей лейкемии [50]; они также показали,что трансгенные по miR-22 мыши дают MDS и гематологическое озлокачествление [50]. Jiang et al. сообщили, что miR-22 играет противо-опухолевую роль и аномально подавляется при de novo AML [51], это согласуется с нашими результатами. Механистически, Song et al. сообщили, что miR-22 регулирует статус метилирования посредством целенаправленного воздействия мРНК TET2 [50], тогда как Jiang et al. сообщили, что TET1 может репрессировать транскрипцию miR-22 и что miR-22 воздействует на множественные онкогены, включая CRTC1, FLT3 и MYCBP, и тем самым репрессирует пути CREB и MYC [51]. Наша работа демонстрирует, что транскрипция miR-22 активируется с помощью PU.1, и может усиливать взаимодействие PU.1-c-Junпутем целенаправленного воздействия на MECOM и тем самым влияя на уровни GATA2 и c-Jun. Эти находки иллюстрируют, как miR-22 транскрипционные факторы MECOM, GATA2, c-Jun и PU.1 контролируют регуляцию нормальной дифференцировки моноцитов/макрофагов и возникновение AML.
Используя трансформированные онкогенами мышиные модели, Jiang et al. продемонстрировали терапевтический потенциал miR-22's при AML. Используя клетки BM CD34+, полученные от пациентов с AML, наше исследование показало, что повторное введение miR-22 может снижать блокаду дифференцировки и ингибировать рост AML BM blasts, это также подтверждает его потенциал терапии AML.
Высокий уровень экспрессии MECOM определяет подгруппу AML с неблагоприятным прогнозом [38,48,49]. Мы установили, что повторное введение miR-22 существенно улучшает дифференцировку моноцитов/макрофагов у пациентов с высоким или низким уровнем экспрессии MECOM. Интересно, что, по-видимому, Lenti-miR-22 инфекция улучшает дифференцировку лучше у пациентов с высоким упрвонем MECOM, чем у пациентов с низким уровнем MECOM (18.63 ± 5.41% vs. 9.13 ± 2.39%, p = 0.002, see S6 Fig); , однако, эта находка нуждается в дальнейшем подтверждении.
Итак, наши данные выявили новую функцию и механизм действия miR-22 на дифференцировку моноцитов/макрофагов человека и развитие AML, и продемонстрировали её потенциальное занчение для диагностики и терапии AML.
