“交我算”助力解析AML的原发耐药机制

导读

该研究团队前期的一项研究通过整合大规模的AML转录组数据和CRISPR-Cas9敲除筛选数据，证实了剪接因子的异常表达与广泛的RNA剪接扰动之间的调控关联，并揭示了RNA异常剪接事件在AML中的预后价值（Jin et.al, Neoplasia 2020）。从更广泛的角度来看，任何疾病的临床预后都是由现有疗法的疗效所决定的。尽管课题组的前期工作证实了RNA剪接事件的预后价值，但是目前对RNA异常剪接如何导致AML化疗耐药的认识仍然有限。

本研究通过回顾性分析大规模、多中心，超过1,500例AML临床样本的队列数据发现，剪接体突变是AML患者原发耐药的一个独立风险因素，并且剪接体U2AF1突变导致了化疗耐药患者中的RNA剪接异常，进而诱导了广泛的翻译生物学扰动；整合高分辨率的eCLIP-seq和RNA-seq数据，揭示了U2AF1突变体同时通过结合（Binding）的丢失和获得调控mRNA翻译基因的剪接，尤其是对真核翻译起始因子4A2（EIF4A2）的调控。U2AF1-S34F和U2AF1-Q157R突变体均调控了EIF4A2的第11号外显子保留，该外显子编码一个提前终止密码子（PTC）；这种异常的外显子包含通过无义介导的mRNA降解机制（NMD）导致eIF4A2蛋白的表达下调，进而导致全局mRNA翻译的减弱。

图1 剪接体U2AF1的突变概览

为了进一步注释RNA剪接事件的潜在功能影响并探究mRNA翻译异常的下游信号扰动，本研究利用大规模的病人转录组数据和基因集富集分析算法开发了RNA剪接事件的功能注释方法；结合单细胞测序技术和CRISPR激活筛选技术，揭示了AML细胞的翻译扰动诱导了下游整合应激反应（ISR）通路的激活，从而介导化疗耐药表型。ISR是真核细胞中的一个保守的适应通路，在应对各种应激刺激时，可减缓细胞压力并恢复细胞内稳态。ISR的激活增强了AML细胞应对和适应外界压力的能力，增强了细胞的生存适应性，从而促进AML细胞对化疗的抵抗。

为了探究是否有潜在的靶向策略以提高AML细胞对化疗的响应，本研究使用高效选择性的ISR抑制剂ISRIB作用于AML细胞，发现ISRIB可显著增加U2AF1突变细胞在应激诱导下的凋亡水平并恢复U2AF1突变细胞对化疗的敏感性，而在U2AF1野生型细胞中的效果不明显。

图2 基于ISR基因表达的急性髓细胞性白血病患者的分层聚类与GSEA的核心富集

李军民主任医师团队在研究中成功构建了包含1500个AML病例的数据库，并利用RNA-seq、Targeted gene sequencing、CRISPR、单细胞测序等多组学技术，深入验证了剪接体U2AF1突变在急性髓细胞白血病化疗耐药机制中的关键作用。大规模的数据分析需要强大的算力支撑，研究团队借助“交我算”思源一号的CPU算力支持，使得所有样本的组学分析工作得以顺利开展。同时由于本研究中多种组学分析涉及的软件多、运行环境复杂，在超算系统上部署调试能够更好的适应多个组学数据分析需求，这也是本研究的重要保障。在这一过程中，“交我算”团队积极协助研究团队在超算集群上部署并调试多种组学分析软件，为研究的深入进行提供了良好的计算分析环境。

图3 论文致谢“交我算”高性能计算平台