综述:转座元件在正常和恶性造血过程中作为基因组调节因子的作用

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Blood Cancer Journal 12.9

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  本文聚焦转座元件(TEs),探讨其在正常与恶性造血中的功能。TEs 可影响基因调控,参与造血进程;在血液癌症中,TEs 的异常激活又会推动肿瘤发生。研究 TEs 有助于理解造血机制,为血液疾病诊疗提供新思路。

  

转座元件概述


转座元件(TEs)是能在宿主基因组内移动的分散重复 DNA 序列,约占人类基因组的 46%。根据转座方式,TEs 分为两类:I 类(逆转录转座子)通过逆转录的 RNA 中间体 “复制 - 粘贴” 转座,如长末端重复(LTR)逆转录转座子、长散在核元件(LINEs)和短散在核元件(SINEs);II 类(DNA 转座子)利用 “剪切 - 粘贴” 机制,在人类基因组中已失去转座能力1

虽然多数 TEs 因突变或宿主抑制失去转座能力,但部分仍保留功能序列,影响基因组进化,如驯化的 TEs 参与了重要的生理过程,像 DNA 转座子衍生的 PGBD5、Transib DNA 转座子衍生的 RAG1 和 RAG2,以及 ERV-W 衍生的 Syncytin 基因等2

TEs 的基因调控活性


TEs 可作为基因调控元件,其含有顺式调控元件和转录因子(TF)结合位点。约 25% 的人类候选顺式调控元件源自 TEs,它们通过多种方式影响基因表达。

  • TE 衍生的替代启动子:TEs 能插入基因组不同区域,引入自身启动子元件,创造替代转录起始位点(TSSs),估计 18 - 31% 的人类 TSSs 与 TEs 重叠。在正常造血中,如小鼠红细胞中,KLF3 缺失会激活 ORR1A0 LTR,驱动具有显性负性活性的 PU.1 嵌合转录本,促进红细胞分化;在癌症中,TE 衍生启动子常因表观遗传失调而重新激活,在血液癌症中,特定 TE 表达模式与疾病亚型和患者预后相关,还可驱动癌特异性嵌合转录本形成,激活原癌基因,如霍奇金淋巴瘤中 THE1B 驱动 CSF1R 转录,促进肿瘤细胞增殖345
  • TE 衍生的 lncRNAs:TEs 是长链非编码 RNA(lncRNAs)的主要启动子来源,83% 的 lncRNAs 含有 TE 序列。虽然 lncRNAs 在癌症和造血中作用重要,但 TEs 与 lncRNAs 的具体调控机制尚不清楚。在白血病中,NALT、UCA1 等 lncRNAs 可促进细胞增殖;在造血调控中,HOTAIRM1、LINC00173 等发挥关键作用;在 B 细胞淋巴瘤和红细胞中,也发现了 TE 衍生 lncRNAs 的潜在调控作用678
  • TEs 与替代剪接:TEs 可通过替代剪接增加转录组多样性,如 Alu 和 LINE - 1 元素能引入新的剪接位点。泛癌研究表明 TE 衍生的替代剪接在癌症中广泛存在,但在血液癌症中的研究较少。在白血病细胞系中,TIF - IA 基因存在 Alu 元件的外显子化现象;在 ALK (-) ALCL 中,ERBB4 基因的截断形式源于内源性 LTR 驱动的替代剪接事件;AML 样本中 TE 衍生的外显子化事件较多,这些非规范外显子化事件可能编码肿瘤特异性免疫原性肽910
  • TEs 作为增强子:部分 TEs 可作为增强子影响基因表达,如 ERV9 - LTR 元件驱动红细胞中 β - 珠蛋白的表达,MIR 元件对 HSC 相关的 TAL1 基因起调控作用。全基因组分析显示,TEs 在造血谱系的增强子区域更为常见。在血液癌症中,虽然有研究表明 TEs 的甲基化状态与增强子功能相关,但直接证据仍在不断涌现,如在 AML 中已验证了一些 TE 衍生增强子的功能及其对基因表达和细胞生存的影响111213
  • TEs 与 3D 基因组组织:人类基因组组织成拓扑相关结构域(TADs),TEs 在其中发挥重要作用。许多 CTCF 结合位点源于 TEs,影响 3D 染色质构象和基因表达,且具有细胞类型特异性。YY1 和 ZNF143 等蛋白也与 TE 衍生序列相互作用,参与染色质组织的调控。此外,TEs 还可形成绝缘子元件,调节基因表达。不过,TEs 在 3D 基因组组织中的作用仍需更多直接证据和功能验证141516

TE 相关的结构变异


除基因调控外,TEs 还参与基因组结构变异,影响疾病发展。

  • 插入突变:部分年轻的 LINE 和 SINE 元件保留转座能力,可导致插入突变。如 LINE - 1 插入曾被发现导致血友病 A,在肿瘤中,虽然 TE 的体细胞整合很少致癌,但 LINE - 1 插入 APC 基因可引发结肠癌。有趣的是,在 AML 中,LINE - 1 沉默与不良预后相关,LINE - 1 的过度转座会诱导 DNA 损伤反应,这或许解释了血液癌症中 LINE - 1 活性较低的现象1718
  • TE 衍生的多态性:生殖系中 TE 的逆转座可导致多态性 TE 位点,影响基因表达。例如,ERV - K 在 8q24.13 - 8q24.21 区域的插入多态性与 AML 相关,Alu 插入 MEF2C 和 TAX1BP1 基因可影响 ALL 中基因表达。此外,TEs 内的单核苷酸多态性(SNPs)也能改变附近基因表达1920
  • TE 介导的染色体重排:TEs 可通过非等位同源重组和非同源修复机制,导致染色体重排,在血液癌症中常见。如 Alu 元件因高丰度和重复性,成为异位重组热点,可引发基因复制、融合等,像 AML 中的 MLL 基因部分串联重复、T - ALL 中的 MYB 基因串联重复,以及 ALL 中的 MLL - ENL 融合、慢性髓性白血病中的 BCR - ABL 融合等。LINE - 1 和 MER20 等元件也参与染色体重排2122

结论


TEs 在正常和恶性造血中发挥着双重作用,既参与正常造血过程中的基因表达调控和细胞再生,又在血液癌症中促进基因组不稳定和肿瘤发生。随着实验和计算方法的进步,未来研究可借助 CRISPR - Cas9 等技术,深入探究 TEs 的功能机制。同时,TEs 有望成为血液癌症的新型预后指标和治疗靶点,基于此开发的小分子抑制剂、表观遗传药物等治疗策略,可能为血液癌症的治疗带来新突破。

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