慢性淋巴細(xì)胞白血病（CLL）具有遺傳和臨床異質(zhì)性，CLL的遺傳和表觀遺傳變化、克隆擴(kuò)增及進(jìn)化的關(guān)系非常復(fù)雜。最近，包括基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和大量患者的離體藥物反應(yīng)表型在內(nèi)的綜合組學(xué)分析提供了對(duì)CLL生物學(xué)的見解。盡管如此，由于缺少蛋白質(zhì)表達(dá)的數(shù)據(jù)，生物學(xué)分子層面與腫瘤表型的關(guān)系仍然部分未知。 蘇黎世大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤和血液科Thorsten Zenz教授、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院分子系統(tǒng)生物學(xué)研究所生物學(xué)系Ruedi Aebersold教授、歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室Wolfgang Huber博士三大團(tuán)隊(duì)在血液病頂刊Blood(IF 22.1)上共同研究發(fā)表了“The Protein Landscape of Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL)”，基于基因組、轉(zhuǎn)錄組和DIA蛋白組，結(jié)合臨床數(shù)據(jù)和藥物體外反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，全面展現(xiàn)了慢性淋巴細(xì)胞白血病的蛋白組學(xué)特征。 【研究材料】 117例CLL病人血液?jiǎn)魏思?xì)胞 【技術(shù)方法】 基因組、轉(zhuǎn)錄組、DIA蛋白組 【技術(shù)路線圖】 1. 蛋白層面和轉(zhuǎn)錄層面表達(dá)相關(guān)性低 通過(guò)計(jì)算皮爾遜相關(guān)性系數(shù)，分析了每個(gè)基因在RNA水平和蛋白水平上的表達(dá)量的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組和蛋白組之間差別非常大，相關(guān)性系數(shù)中位數(shù)僅為0.18，表明蛋白質(zhì)組豐度譜包含其他組學(xué)無(wú)法說(shuō)明的獨(dú)立信息。 2. 12三體和IGHV是決定蛋白表達(dá)的主要因素 為了獲得CLL中蛋白質(zhì)組變化的總體概況，首先進(jìn)行了主成分（PCA）分析。PC1和PC2解釋了蛋白質(zhì)表達(dá)總方差的9.16%和7.61%，與12號(hào)染色體三體密切相關(guān)，而PC3與IGHV狀態(tài)相關(guān)（圖2C）。與PC1相關(guān)的蛋白質(zhì)在PI3K-AKT-MTOR和MTORC1信號(hào)中富集。基于蛋白質(zhì)表達(dá)的無(wú)監(jiān)督聚類顯示，患者樣本根據(jù)是否存在12三體和IGHV突變狀態(tài)進(jìn)行分類（圖2D）。這表明12三體和IGHV突變狀態(tài)是CLL中蛋白質(zhì)表達(dá)變異的主要決定因素。 接下來(lái)描述了遺傳疾病驅(qū)動(dòng)因素對(duì)CLL蛋白表達(dá)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)12三體、IGHV突變狀態(tài)、SF3B1 突變、19三體、del（17）（p13）、del（11）（q22.3）、DDX3X 突變和MED12 突變與可變蛋白表達(dá)相關(guān)（圖2E）。 圖1 CLL中蛋白表達(dá)情況 3. 12三體 CLL和IGHV突變特征分析 在12三體的CLL樣本中，鑒定到1055個(gè)差異蛋白，其中有115個(gè)蛋白由12號(hào)染色體編碼（圖3A）。使用癌癥標(biāo)志基因集進(jìn)行通路富集分析顯示12號(hào)染色體編碼的上調(diào)表達(dá)的蛋白質(zhì)在PI3K-AKT-MTOR信號(hào)通路顯著富集（圖3B），而其余上調(diào)蛋白富集于B細(xì)胞受體信號(hào)通路。根據(jù)差異分析和通路富集分析，找到6個(gè)關(guān)鍵的蛋白STAT2, PTPN11, SMAD2, PYCARD, CD72和BCL10。 IGHV突變CLL中，共找到542個(gè)差異蛋白，根據(jù)前人研究和基因特征，識(shí)別到CASP3、ZAP70、STAT2、BANK1四個(gè)關(guān)鍵蛋白。 圖2 12三體和IGHV突變CLL蛋白表達(dá)情況 4. PI3K-AKT-MTOR途徑在非緩沖蛋白中富集 對(duì)于12三體和19三體，RNA和蛋白存在基因劑量效應(yīng)（圖4B-C）。將蛋白和轉(zhuǎn)錄本分成四個(gè)部分：buffered（RNA上調(diào)，蛋白不變）、non-buffered（RNA上調(diào)，蛋白上調(diào)）、enhanced（蛋白不變，RNA上調(diào)），及undetermined（均不變或相反），并進(jìn)行GSEA富集分析。non-buffered 蛋白在PI3K-AKT-MTOR信號(hào)通路富集（圖4E），表明該途徑可能在腫瘤發(fā)生過(guò)程中參與調(diào)節(jié)12三體細(xì)胞的適應(yīng)性。12號(hào)染色體編碼的蛋白質(zhì)是穩(wěn)定蛋白質(zhì)復(fù)合物的一部分，與其他蛋白質(zhì)相比，其緩沖水平更高（圖4F）。這表明蛋白質(zhì)復(fù)合物的形成可能有助于維持CLL細(xì)胞中蛋白質(zhì)水平的化學(xué)計(jì)量平衡。 圖3 蛋白質(zhì)豐度緩沖及復(fù)合物分析 5. STAT2在對(duì)MEK抑制劑的反應(yīng)中發(fā)揮作用 接下來(lái)，通過(guò)體外藥物反應(yīng)譜檢測(cè)了蛋白質(zhì)表達(dá)作為抗癌藥物反應(yīng)預(yù)測(cè)因子的作用。63種藥物中有28種藥物，引起的蛋白質(zhì)表達(dá)和藥物反應(yīng)之間存在顯著的關(guān)系（圖5B）。對(duì)于考比替尼，最顯著的相關(guān)性蛋白之一是STAT2（圖5C）。STAT2表達(dá)能增加基因組學(xué)對(duì)MEK/ERK抑制劑反應(yīng)的解釋力（圖5E）。STAT2調(diào)節(jié)多種信號(hào)通路，包括干擾素信號(hào)、JAK-STAT和Ras/MEK，研究數(shù)據(jù)表明STAT2在對(duì)MEK抑制劑的反應(yīng)中發(fā)揮作用。 圖4 藥物響應(yīng)和蛋白表達(dá)分析 6. IGHV和12三體通過(guò)STAT2共同影響干擾素信號(hào) 為了進(jìn)一步了解與STAT2表達(dá)相關(guān)的因素，使用L1正則化的多元線性回歸進(jìn)行分析。分析發(fā)現(xiàn)，STAT2蛋白表達(dá)是由12三體和IGHV突變狀態(tài)決定的（圖6A-C）,同時(shí)與干擾素途徑激活相關(guān)（圖6D）。較高的STAT2蛋白水平與干擾素靶基因表達(dá)增加相關(guān)，包括OAS2和IFI44（圖6E）。而OAS2和IFI44的RNA表達(dá)在12三體U-CLL患者樣本中最高（圖6F）。又在五種不同的CLL/B-NHL細(xì)胞系的野生型和STAT2敲除細(xì)胞中測(cè)定了干擾素靶基因表達(dá)（STAT2、OAS1、OAS2），STAT2基因敲除導(dǎo)致未受刺激狀態(tài)下干擾素靶基因表達(dá)減少，干擾素α刺激后誘導(dǎo)受損。結(jié)果表明STAT2水平依賴于12三體和IGHV突變狀態(tài)，并介導(dǎo)CLL對(duì)趨化因子和細(xì)胞因子的反應(yīng)。 小結(jié)
研究?jī)?nèi)容
圖5 STAT2影響因素分析
本研究使用質(zhì)譜對(duì)117例患者樣本中的蛋白質(zhì)豐度進(jìn)行了量化，涵蓋了疾病的遺傳和臨床異質(zhì)性等因素。研究數(shù)據(jù)支持一個(gè)新的模型，即高STAT2水平使細(xì)胞更容易接受趨化因子和細(xì)胞因子。CLL全面的蛋白質(zhì)譜圖的解析以及新的發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)深入研究提供了寶貴資源。
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Blood (IF 22.1) | 血液病頂刊！組學(xué)領(lǐng)軍大牛Ruedi利用DIA蛋白組繪制慢性淋巴細(xì)胞白血病圖譜
作者：上海中科新生命生物科技有限公司 2021-12-25T18:12 (訪問(wèn)量:4628)
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