生命科学领域研究论文通常需要大量实验数据支持结论，Fig 1~7 是常态，Fig S1~n 是常有的事情，那么你听说过已在线发表，却没有一张图片的文章吗？今天顶级期刊Blood 杂志来给大家涨姿势 ——
背景介绍
急性髓系白血病（Acute Myelocytic Leukemia，AML）是造血系统的髓系原始细胞克隆性恶性增殖性疾病，是一个具有高度异质性的疾病群，它可以由正常髓系细胞分化发育过程中不同阶段的造血祖细胞恶性病变而发病。
目前使用的或正在开发的 AML 的大多数治疗方法是直接杀死白血病细胞的细胞毒性药物；另一种治疗策略是促分化疗法，即促进 AML 祖细胞向更成熟、功能更强的细胞分化，后者的研究较少。
尽管使用频率低于细胞毒性药物，促分化的治疗方法在急性髓系白血病中是公认的治疗方法，并且具有非常好的治疗效果。例如，全反式维甲酸和砷剂在急性早幼粒细胞白血病中的治疗，通过诱导分化，使得 98% 的患者产生长期缓解。但是，促分化疗法种类较少，而且目前公认的疗法又仅仅是针对 AML 中的个别疾病亚型。
因此，要想有效治疗 AML 更多疾病亚型，那么就有必要探索控制其他类型 AML 患者干细胞特性和分化的新机制以及研发促进细胞分化的治疗策略。
2020 年 4 月 16 日，来自加拿大 Princess Margaret Cancer Centre 等单位的科学家们在国际顶级血液学期刊 Blood 在线发表题为 《Mitochondrial carrier homolog 2 (MTCH2) is necessary for AML survival》的研究论文。
图片来源：Blood
该研究通过 CRISPR 筛选，鉴定了 AML 细胞生长所必需的线粒体基因 MTCH2，进一步的研究发现，在 AML 细胞中抑制 MTCH2 能够增加核丙酮酸和丙酮酸脱氢酶，从而诱导组蛋白乙酰化，进而促进 AML 细胞的分化。因此，该研究定义了线粒体和代谢调节 AML 干细胞和基因表达的新机制。
主要内容
图片来源：本文作者提供
为鉴定出对 AML 细胞生长和生存能力至关重要的线粒体蛋白组分，研究人员利用了 CRISPR-Cas9 筛选体系。他们在 AML 细胞系 OCI-AML2 过表达 Cas9，然后经慢病毒文库转导 91,320 个 gRNA，靶向 17,237 个核编码基因。在转导和筛选 14 天后，分离出基因组 DNA，通过测序以测定存活细胞中 gRNA 的相对丰度。然后通过统计计算，在排名前 20 个的基因中选择了没有被研究过的线粒体外膜蛋白 MTCH2 做为目标基因进行更加深入的研究。
首先，研究人员利用 shRNA 敲降了 OCI-AML2, TEX, U937, K562, NB4 和 HL60 细胞系中的 MTCH2，发现敲降后的细胞生长和生存能力显著下降，与此同时，MTCH2 敲降并没有诱发细胞凋亡或细胞周期的阻滞。接下来，他们在小鼠白血病模型中也进行了验证，结果显示，与野生型小鼠相比，敲除 MTCH2 降低了 MLL-AF9 致癌基因的致病潜能，并提高了这些小鼠的存活率。上述的体内外实验均证明了 MTCH2 的敲降可以影响细胞的生长和生存能力，那么它对 AML 干细胞及其分化有着怎样的作用呢？
为探究这个问题，研究人员对敲降后的 TEX 细胞系进行了全转录组测序，与对照相比，敲降后细胞的髓系分化相关通路的基因表达升高，而与造血干细胞相关的基因的表达却下调，在 MTCH2 敲除小鼠中，同样存在该现象，同时，敲除鼠中分化型的 Lin + 细胞的数量也显著的增加。小鼠移植实验也证实 MTCH2 敲降细胞的定植能力的下降。综上，该团队发现 MTCH2 敲降可促进 AML 细胞的分化，而影响了 AML 干细胞的功能。
作为线粒体外膜蛋白相关基因，MTCH2 的敲降对线粒体功能具有怎样的影响呢？研究人员对线粒体的特征如基础耗氧量、呼吸链活性及线粒体结构进行检测，发现并没有变化。这也就是说敲降 MTCH2 可以在不影响线粒体本身功能的前提下对 AML 细胞的分化具有促进功能。
在确定了表型之后，研究人员对敲降 MTCH2 影响 AML 细胞的内在机制进行了探索。之前的研究揭示了表观遗传相关基因对干细胞和细胞分化具有重要的作用。因此，他们首先对敲降 MTCH2 的细胞进行组蛋白乙酰化的检测。结果发现，组蛋白 3 和组蛋白 4 的乙酰化水平在敲降细胞中显著升高，尤其是 H3K27ac 和 H3K18ac。
那么究竟是不是这些组蛋白的乙酰化影响了 AML 细胞的功能呢？他们利用乙酰转移酶抑制剂处理 MTCH2 敲降的细胞，抑制剂的加入阻止了组蛋白乙酰化的增加，并将 MTCH2 敲除细胞的生长恢复到野生型水平。为了进一步探索组蛋白乙酰化对 AML 细胞的影响，研究人员使用 H3K27ac 抗体对 MTCH2 敲降细胞进行 ChIP-Seq 测序，结果发现在敲降组增加了 52,179 个独有的 peak 位点，同样的，如果利用乙酰转移酶抑制剂处理 MTCH2 敲降细胞，那么它们的 peak 是和野生型相似的。因此，该部分的实验证实 MTCH2 敲降可以增加组蛋白的乙酰化，并以此促进 AML 细胞的分化。
接下来，研究人员对 MTCH2 是如何影响组蛋白乙酰化的水平进行了研究，首先，他们进行了代谢组学的检测，发现 AML 细胞中 MTCH2 的下调降低了线粒体中丙酮酸的水平，而细胞核中的丙酮酸水平却有增加，此外，MTCH2 敲降增加了乙酰辅酶 A 的水平。
在细胞内，丙酮酸脱氢酶 (PDH) 可以将丙酮酸转化为乙酰辅酶 A，那么上述两者的变化是否与 PDH 有关？为此，研究人员对 MTCH2 敲降细胞中的 PDH 的变化进行了检测，发现敲降组线粒体中 PDH 水平下降，而核中的水平却在上升。
在上述的实验中，研究人员发现了 MTCH2 敲降使得线粒体中丙酮酸的水平下降，那么这种变化是否可以增加组蛋白的乙酰化并促进 AML 细胞的分化呢？该团队利用化学小分子抑制线粒体中丙酮酸载体的活性，发现添加抑制剂后的确可以下调线粒体中丙酮酸的水平，但是并不能增加组蛋白乙酰化的水平。这说明线粒体中丙酮酸水平的下降并不是产生乙酰化的原因。
由于上述的代谢组学分析发现核 PDH 的水平在增加，那么核 PDH 的增加是否可以增加组蛋白乙酰化？他们在不影响线粒体 PDH 水平的前提下提高 AML 细胞核 PDH 的水平，发现此时可以出现 MTCH2 敲降后的表型。
综上所述，研究人员通过 CRISPR 筛选鉴定出 MTCH2，并通过一系列的实验、测序等证实：抑制 MTCH2 能够增加核丙酮酸和丙酮酸脱氢酶的水平，从而诱导组蛋白乙酰化，进而促进 AML 细胞的分化。该研究定义了线粒体和代谢调节 AML 干细胞和基因表达的新机制，并为临床治疗 AML 提供了新的视角。
写在最后
该文章于 2020 年 4 月 16 日在 Blood 在线发表，不过令人惊奇的是，截止到目前该版本并未提供图片证据。最后，我们在「利益冲突」这部分看到，通讯作者 Aaron D. Schimmer 获得了医药公司 Takeda Pharmaceuticals 和 Medivir AB 的资助，并且作者也是 Novartis, Jazz, 及 Otsuka Pharmaceuticals 这些药企的科学顾问。同时，Aaron D. Schimmer 还持有研究型生物制药公司 Abbvie 的股票。
可能是这些利益冲突，使得文章没有正式发表之前，不方便公布文章的图片。最后，也期待这项基础研究能够顺利转化为真正能够应用于临床的药物，以造福更多的 AML 患者。
参考文献：
1. Dilshad H. Khan, et al. Mitochondrial carrier homolog 2 (MTCH2) is necessary for AML survival. Blood. 2020.
2. Ohashi H, Ichikawa A, Takagi N, et al. Remission induction of acute promyelocytic leukemia by all-trans-retinoic acid: molecular evidence of restoration of normal hematopoiesis after differentiation and subsequent extinction of leukemic clone. Leukemia. 1992;6(8):859-862.
3. Wang F, Travins J, DeLaBarre B, et al. Targeted inhibition of mutant IDH2 in leukemia cells induces cellular differentiation. Science. 2013;340(6132):622-626.
4. Maryanovich M, Zaltsman Y, Ruggiero A, et al. An MTCH2 pathway repressing mitochondria metabolism regulates haematopoietic stem cell fate. Nat Commun. 2015;6:7901.
5. Skrtic M, Sriskanthadevan S, Jhas B, et al. Inhibition of mitochondrial translation as a therapeutic strategy for human acute myeloid leukemia. Cancer Cell. 2011;20(5):674- 688.
6. Sutendra G, Kinnaird A, Dromparis P, et al. A nuclear pyruvate dehydrogenase complex is important for the generation of acetyl-CoA and histone acetylation. Cell. 2014;158(1):84-97.
题图来源：站酷海洛 plus
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