DNMT3A在造血干细胞中调控端粒酶活性和基因组稳定性的非经典功能

本研究揭示了DNA甲基转移酶DNMT3A在造血干细胞(HSCs)中的非经典功能。研究人员通过构建DNA甲基化功能缺陷的小鼠模型，发现DNMT3A缺失通过上调端粒酶(TERT)表达和活性维持端粒长度，同时抑制端粒功能障碍诱导的DNA损伤反应(DDR)，从而促进HSCs的长期自我更新能力。该研究为理解克隆性造血(CH)和血液系统恶性肿瘤的发生机制提供了新视角，发表在《Cell Stem Cell》上。

　　

在血液系统疾病研究中，DNMT3A作为最常见的突变基因之一，其经典DNA甲基转移酶功能已被广泛研究。然而令人困惑的是，DNMT3A突变导致的DNA甲基化改变与基因表达异常之间缺乏明确相关性，且DNMT3A的辅助因子DNMT3L在造血干细胞中并不表达。这些矛盾现象暗示DNMT3A可能具有独立于DNA甲基化的"非经典"功能。华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的研究团队通过一系列精巧的实验设计，揭示了DNMT3A调控造血干细胞命运决定的新机制。

研究人员主要采用了四种关键技术：1)构建DNA甲基化功能缺陷的Dnmt3a点突变小鼠模型(E752A、V712G和R832A)；2)连续骨髓移植实验评估造血干细胞长期自我更新能力；3)全基因组甲基化测序(WGBS)和RNA测序分析表观遗传与转录组变化；4)端粒长度检测(TRF)和端粒酶活性分析(TRAP)等技术。

研究结果首先通过"DNA甲基化非依赖的Dnmt3a功能证据"显示，过表达DNMT3L在野生型造血干细胞中引起显著DNA高甲基化，但在Dnmt3a缺失细胞中无此效应，提示DNMT3A具有独立于DNA甲基化的功能。在"DNA甲基化缺陷型Dnmt3a蛋白挽救Dnmt3a缺失HSCs功能"部分，研究发现催化活性死亡的Dnmt3aE752A蛋白可以纠正Dnmt3a缺失HSCs的集落形成能力异常，但不伴随DNA甲基化模式改变。

关键的"DNMT3A功能缺失增加TERT表达和端粒酶活性"发现表明，Dnmt3a缺失导致HSCs中Tert表达上调、端粒酶活性增强，并维持端粒长度。在"Dnmt3a缺失部分挽救端粒酶缺陷HSCs的功能障碍"部分，研究显示Dnmt3a/Terc双敲除(DTKO)HSCs通过激活端粒延长替代机制(ALT)维持端粒长度，表现为c-circle和ALT相关PML核小体(APBs)增加。最后，"Dnmt3a缺失抑制功能异常端粒的DDR"证实Dnmt3a缺失可抑制端粒功能障碍诱导的DNA损伤信号(γH2AX)和凋亡。

这项研究首次阐明DNMT3A通过DNA甲基化非依赖途径调控端粒维持和基因组稳定的新机制。这些发现不仅解释了为何DNMT3A突变造血干细胞能够长期维持自我更新能力，也为理解克隆性造血向恶性血液病转化的分子基础提供了新视角。特别值得注意的是，DNMT3A对端粒酶活性的调控可能成为治疗端粒相关血液疾病的新靶点。该研究将表观遗传调控与端粒生物学这两个重要领域联系起来，为血液系统疾病的发病机制和治疗策略研究开辟了新方向。