GATA2通过增强子去功能化机制约束炎症信号传导的新发现

本刊推荐：GATA2缺陷如何导致异常炎症信号传导一直是血液学领域的未解之谜。威斯康星大学研究团队通过多组学分析发现，GATA2通过"增强子去功能化(GED)"机制，抑制IL6ST/GP130和IL6RA等细胞因子受体基因的增强子活性，限制PU.1染色质占据，从而约束IL-6和IL-27等炎症信号通路。该研究揭示了转录因子互作调控炎症反应的新范式，为骨髓增生异常综合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)的发病机制提供了新见解。

　　

在血液系统发育和稳态维持过程中，GATA2转录因子扮演着"总指挥"的角色，它通过建立特定的转录组程序来调控造血干细胞/祖细胞(HSPCs)的发育过程。然而，当GATA2功能出现异常时，会引发一系列严重后果——GATA2基因变异可导致GATA2缺陷综合征，患者易发展为骨髓增生异常综合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)。此前研究发现，在GATA2缺陷的祖细胞中，炎症相关基因如Irf8、Tlr1、Tlr2、Tlr6以及细胞因子受体基因Il6st和Il6ra表达异常升高，这使得祖细胞基因组对炎症刺激异常敏感。

特别值得关注的是，IL6ST/GP130作为一种共享的细胞因子受体亚基，不仅介导IL-6信号传导，还参与IL-11、IL-27、制瘤素M和白血病抑制因子的信号转导。而IL6RA则专门与IL6ST异二聚化，共同介导IL-6信号传导。异常活跃的IL-6信号通路已被证明在骨髓衰竭和AML发病中起关键作用，但GATA2如何抑制这些炎症基因的表达，其分子机制一直不甚明确。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，威斯康星大学医学院的Mabel M. Jung等研究者揭开了这个谜团。他们发现GATA2通过一种称为"增强子去功能化(GATA2-mediated enhancer decommissioning, GED)"的创新机制，使炎症基因的增强子保持"休眠"状态，从而约束细胞因子信号传导。当GATA2水平正常时，这些增强子处于沉默状态；一旦GATA2表达降低，增强子就会被"唤醒"，导致炎症信号通路异常激活。

研究人员运用了多种前沿技术方法开展本研究：通过RNA测序(RNA-seq)和染色质可及性测序(ATAC-seq)进行多组学分析；利用CUT&Tag技术检测GATA2和PU.1的染色质占据情况；采用CRISPR-Cas9基因编辑技术特异性敲除候选增强子区域；通过蛋白质印迹(Western blot)和流式细胞术分析细胞信号传导和分化状态；并利用人源细胞系进行GATA2过表达功能验证。

GATA2与PU.1的功能对抗决定Il6st表达和IL-6信号传导

研究发现，GATA2缺失会显著增加Il6st基因上游-24kb、-30kb和-35kb位点的染色质可及性，并诱导Il6st表达和IL-6介导的STAT3磷酸化。通过比较野生型(WT)、GATA2low和GATA2lowPU.1low细胞，证实PU.1在GATA2缺失情况下占据这些位点并激活Il6st表达。当同时降低GATA2和PU.1水平时，Il6st表达下降85%，IL-6诱导的STAT3磷酸化减少97%，细胞分化方向也由粒-单系向纯粒细胞系偏倚。

GATA2诱导的增强子去功能化机制解析

研究人员通过CRISPR-Cas9技术特异性删除Il6st基因的-24kb和-30kb候选增强子区域，发现双敲除可使Il6st表达降低87%，并完全消除IL-6信号传导。值得注意的是，在GATA2水平正常的WT细胞中删除这些增强子区域并不会影响Il6st的基础表达，表明这些增强子只在GATA2缺失情况下才被激活。遗传拯救实验证明，在GATA2lowPU.1low细胞中重新表达PU.1能够恢复Il6st、Il6ra以及PU.1靶基因的表达，证实了GATA2通过对抗PU.1功能来实现增强子去功能化。

GATA2诱导的增强子去功能化影响多个炎症基因

研究团队将多组学策略扩展到整个细胞因子/趋化因子受体基因家族，发现8个GATA2抑制的细胞因子/趋化因子受体基因中，有7个在GATA2缺失时出现染色质可及性位点。通过验证Csf1r、Flt3和Tnfrsf1a等基因的内含子增强子，证实这些位点的删除会显著降低对应基因的表达。人源细胞实验表明，GATA2同样占据人IL6ST和FLT3基因的同源增强子区域，且在GATA2水平较低的人AML细胞系中过表达GATA2可抑制IL6ST和IL6R表达。

GATA2诱导的增强子去功能化约束细胞因子信号传导和STAT3磷酸化

由于IL6ST是IL-6和IL-27信号通路的共享亚基，研究进一步探讨了Il6st增强子对多细胞因子信号的影响。发现Il6st增强子删除同时减少了IL-6和IL-27诱导的STAT3磷酸化，而Il6ra增强子删除只影响IL-6信号传导。干扰素γ(IFNγ)信号通路因不依赖IL6ST，在所有基因型中保持稳定。这证明GATA2缺失通过调控共享受体亚基IL6ST的表达，同时影响多个炎症信号系统的功能。

研究结论与讨论部分强调，这项工作提出了"增强子去功能化(GED)"这一全新机制，解释了GATA2如何约束炎症信号传导。在正常生理状态下，GATA2通过维持增强子的休眠状态，防止PU.1等激活因子占据染色质，从而限制细胞因子受体基因的表达。当GATA2水平降低时，这种约束被解除，增强子被激活，导致炎症信号通路异常活化。

这一发现具有重要的病理生理学意义：首先，它为GATA2缺陷综合征患者易发生MDS和AML提供了机制解释；其次，GED机制可能广泛存在于多种炎症相关基因的调控中，代表了一种新的转录调控范式；第三，研究揭示了转录因子GATA2和PU.1之间的精细平衡如何决定细胞对炎症刺激的敏感性。

研究的局限性在于尚未完全阐明GATA2对抗PU.1的具体分子机制，特别是GATA2在这些增强子上的占据信号相对较低的原因。可能涉及"hit-and-run"机制、核心抑制子的招募或干扰PU.1与其共激活子的相互作用。与GATA1/FOG1通过NuRD复合物介导抑制不同，GATA2的共抑制子仍有待发现。

这项工作不仅深化了对GATA2功能的理解，也为治疗GATA2相关血液疾病和异常炎症反应提供了新思路。通过调控GED机制，可能未来能够开发出针对异常炎症信号传导的新型治疗策略。