賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1與白血病的研究進(jìn)展

郭藝迪，梁冬雪，李悅，李校堃，付學(xué)奇，胡鑫,

吉林大學(xué) a.生命科學(xué)學(xué)院；b.白求恩醫(yī)學(xué)院；吉林 長春 130012

表觀遺傳學(xué)指在基因的DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致表型的變化，它通過DNA的甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等4種方式來控制基因表達(dá)。

組蛋白修飾是細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的重要調(diào)控機(jī)制，真核細(xì)胞中，核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，2對組蛋白H3及H4形成四聚體，兩側(cè)各有一個組蛋白H2A、H2B緊密結(jié)合形成的二聚體，從而促成核心組蛋白八聚體。核小體是由長146 bp的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)纏繞組蛋白八聚體1.75圈形成的。在真核生物中，染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成，其中組蛋白是真核細(xì)胞中特有的成分，富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，可以與帶負(fù)電荷的DNA分子緊密結(jié)合。

組蛋白修飾包括乙?；?、甲基化、磷酸化和泛素化。甲基化是組蛋白修飾的重要方式，組蛋白甲基化位點多位于H3、H4的賴氨酸和精氨酸殘基上。其中，精氨酸可以被單甲基化和二甲基化，而賴氨酸可以被單甲基化、二甲基化和三甲基化。組蛋白H3和H4中共有5個精氨酸殘基（H3R2、H3R8、H3R17、H3R26和H4R3）可被PRMT家族組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶甲基化，組蛋白精氨酸甲基化既參與激活基因轉(zhuǎn)錄又參與抑制基因轉(zhuǎn)錄[1]。組蛋白共有6個賴氨酸殘基（H3K4、H3K9、H3K27、H3K36、H3K79、H4K20）可被甲基化，其中H3K4、H3K36和H3K79的甲基化通常與基因轉(zhuǎn)錄的激活相關(guān)，而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化通常和基因轉(zhuǎn)錄的抑制相關(guān)[2]。

自2000年Jenuwein等報道第一個組蛋白賴氨酸甲基化轉(zhuǎn)移酶Suv39H1以來,組蛋白甲基化研究受到廣泛關(guān)注[3]；而對于組蛋白甲基化修飾的另一方面，去甲基化的研究始于2004年Shi等[4]對賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1（lysine specific demethyl?ase 1，LSD1）的報道。

1 LSD1的發(fā)現(xiàn)

很多組蛋白修飾都是可逆的，其中以賴氨酸甲基化尤為重要，它與DNA的甲基化密切相關(guān)。但是在發(fā)現(xiàn)組蛋白賴氨酸甲基化后的幾十年里，人們一直認(rèn)為組蛋白賴氨酸甲基化是不可逆的，是一個穩(wěn)定的組蛋白標(biāo)記。盡管蛋白精氨酸脫亞氨酶4（pro?tein-arginine deiminase type-4，PADI4）可以將甲基化的精氨酸轉(zhuǎn)換為瓜氨酸，但由于并非移除甲基，故PADI4并不是嚴(yán)格意義上的去甲基化酶[5-6]。直到2004年Shi等發(fā)現(xiàn)了第一個組蛋白LSD1，才明確了組蛋白的甲基化修飾是一種動態(tài)可逆的過程。LSD1又稱KDM1、KIAA060、pl10b、BHC110、NPAO，是組蛋白H3-K4的特異性脫甲基酶[4]，穩(wěn)定存在于一些組蛋白去乙?；笍?fù)合物中[7-11]。

最近，有研究發(fā)現(xiàn)JmjC蛋白家族具有去甲基化酶活性并具有廣泛的作用，能夠?qū)3K4、H3K9、H3K36等多個位點進(jìn)行去甲基化。目前研究表明，JmjC蛋白的3個亞家族JHDM1、JHDM2、JMJD2中的許多成員都具有組蛋白賴氨酸去甲基化酶活性。JmjC結(jié)構(gòu)域?qū)儆诮饘倜钢械腃upin超家族，在功能上高度保守，并且其完整性決定了JmjC蛋白的去甲基化酶活性[12]。但僅有JmjC結(jié)構(gòu)也不能完成一個去甲基化催化過程，還需要有另外不同的結(jié)構(gòu)域共同作用才能發(fā)揮去甲基化的催化反應(yīng)，比如鋅指結(jié)構(gòu)域、Tudor結(jié)構(gòu)域。并且，其中一些蛋白不僅具有組蛋白賴氨酸去甲基化酶活性，還能特異性結(jié)合H3K4三甲基化和H4K20三甲基化位點發(fā)揮作用[7]。

2 LSD1的結(jié)構(gòu)及其催化原理

LSD1含有一個N端SWIRM結(jié)構(gòu)域、一個Tower結(jié)構(gòu)域和一個C端胺氧化酶結(jié)構(gòu)域。很多與染色體相互作用的蛋白都含有SWIRM結(jié)構(gòu)域，而Tower結(jié)構(gòu)域是由從C端胺氧化酶結(jié)構(gòu)域向外伸出的2個平行結(jié)構(gòu)構(gòu)成，因此Tower結(jié)構(gòu)域把胺氧化酶結(jié)構(gòu)域分成2個部分，即FAD結(jié)合結(jié)構(gòu)域和催化活性中心。在三級結(jié)構(gòu)中，胺氧化酶結(jié)構(gòu)域的這2個部分仍然緊密結(jié)合在一起，形成一個完整的具有催化活性的結(jié)構(gòu)域。這一特殊的結(jié)構(gòu)對于LSD1的功能有著重要的作用。Tower結(jié)構(gòu)域與CoREST的2個SANT結(jié)構(gòu)域中間一個很長的連接α螺旋相互作用，使LSD1和CoREST形成緊密的復(fù)合物，進(jìn)而使核小體去甲基化，Tower結(jié)構(gòu)域的缺失突變會導(dǎo)致LSD1喪失活性（圖1）。

結(jié)構(gòu)同源分析顯示，LSD1是核內(nèi)黃素依賴的單胺氧化酶，LSD1只能使H3K4的單甲基化及雙甲基化去甲基化，對三甲基化的H3K4沒有作用，因為三甲基化后的N上沒有多余的質(zhì)子，也就沒有胺氧化酶的作用位點，這一方面符合單胺氧化酶的作用機(jī)制，同時也說明存在其他類型的酶催化三甲基化H3K4的去甲基作用。研究發(fā)現(xiàn)，包含JmjC結(jié)構(gòu)域的組蛋白去甲基化酶（JmjC domain-containin his?tone demethylase，JHDM）家族可以催化組蛋白三甲基（me3）的去甲基化修飾。

LSD1與底物反應(yīng)時FAD從甲基化的組蛋白賴氨酸得到質(zhì)子，生成FADH2，甲基化的賴氨酸失去質(zhì)子生成亞胺中間物，進(jìn)而FADH2被氧化生成FAD和H2O2，亞胺中間物加水后生成胺基和甲醛。LSD1催化氧化反應(yīng)時胺基底物上必須有一個質(zhì)子，因此只能催化單甲基化和二甲基化的賴氨酸底物去甲基化。

圖1 LSD1結(jié)構(gòu)域

圖2 組蛋白去甲基化反應(yīng)機(jī)理A：LSD1的催化反應(yīng)機(jī)理；B：含有JmjC催化結(jié)構(gòu)域的組蛋白去甲基化酶的催化反應(yīng)機(jī)理

3 LSD1的調(diào)控

實驗表明，在體外組蛋白賴氨酸去甲基化酶是有活性的，即僅僅是酶與底物的簡單結(jié)合就能夠充分完成去甲基化反應(yīng)，這就提高了酶在活體內(nèi)的調(diào)控，并且有效避免了可能的不正確的去甲基化反應(yīng)發(fā)生，而其調(diào)控的方法之一正是在去甲基化酶基因表達(dá)水平上進(jìn)行調(diào)控。事實上，許多去甲基化酶都能夠限制胚胎發(fā)展及其在成人期間表達(dá)模式，以及對于環(huán)境刺激的應(yīng)對能力。

一些去甲基化酶似乎在一個特定的生物過程中對生物體起著保護(hù)作用。例如，從裂殖酵母到小鼠等廣泛的生物研究試驗表明，在減數(shù)分裂中去甲基化酶LSD1在H3K4二甲基化/單甲基化中起著支持作用。哺乳動物中，LSD1在小鼠睪丸及相關(guān)組織中有較高水平的表達(dá)，而這些組織中H3K4的二甲基化表達(dá)水平相對較低[13]。果蠅的LSD1同源突變體導(dǎo)致性別特異性胚胎致死及存活者的不育（主要發(fā)生在雌性中），這可能是卵巢發(fā)育缺陷所致[14]。H3K4二甲基化水平在雜合子雌性的原始生殖干細(xì)胞中有較高的表達(dá)水平，而且體外實驗表明果蠅的LSD1蛋白質(zhì)對于H3K4二甲基化/單甲基化具有去甲基化酶活性[15]，并且其在哺乳動物和果蠅之間均具有保守的酶特異性。最后，裂殖酵母LSD1同源突變體對于孢子是單倍不足的?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明LSD1在減數(shù)分裂和生殖細(xì)胞中起到支持保護(hù)作用。

生化研究表明，LSD1存在于包含許多已知或假定的DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)復(fù)合體中。這些DNA結(jié)合因子包括轉(zhuǎn)錄起始因子TFⅡ-Ⅰ[16]、E-鈣黏著蛋白啟動子結(jié)合因子ZEB1/2[8]和ZNF217[17]及雄性激素受體（AR）[18]，這表明DNA結(jié)合因子在某些特殊位點上對于LSD1的富集和穩(wěn)定起重要作用。而有證據(jù)表明，轉(zhuǎn)錄因子還能調(diào)節(jié)去甲基化酶的活性以及改變它們在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用。最近的研究表明，LSD1也存在于包含延伸因子RNA聚合酶ELL、pTEFb、AF4和AFF4的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合體中[19]。

有研究表明，在體促素和垂體催乳素細(xì)胞的Gh啟動子中發(fā)現(xiàn)了2種形式的LSD1復(fù)合體[20]。在體促素細(xì)胞中，積極轉(zhuǎn)錄的Gh被LSD1-WDR5復(fù)合體所占據(jù)，在垂體催乳素細(xì)胞中，Gh啟動子被LSD1-CoREST-CtBP輔助抑制復(fù)合物所占據(jù)，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制。由于ZEB1的誘導(dǎo)與Gh的抑制相關(guān)，推測ZEB1直接結(jié)合到CoREST-CtBP與LSD1的復(fù)合體上，復(fù)合物的總體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐种颇Ｐ?。在對AR敏感的啟動子PSA的研究中也發(fā)現(xiàn)了相似的模型，在PSA上LSD1與KDM4C/JMJD2C相互結(jié)合約束，但是當(dāng)AR結(jié)合時去甲基化的H3K9二甲基化/單甲基化被釋放出來[18,21-22]。這些研究表明LSD1去甲基化酶活性可以通過DNA結(jié)合因子來調(diào)控。在這些情況下，最初的靶基因以及隨后通過去甲基化酶結(jié)合在靶基因位點上的修飾可能是由于一些未知的DNA結(jié)合因子、RNA因子、局部的染色質(zhì)環(huán)境或一些還不明確的機(jī)制。

4 LSD1的功能

圖3 LSD1協(xié)同相關(guān)蛋白質(zhì)輔因子特異性調(diào)控去甲基化

LSD1作為多個轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)復(fù)合物的組分參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控，其去甲基化酶活性也受復(fù)合物中其他分子的調(diào)控。如LSD1能使組蛋白上的H3K4去甲基化，單獨LSD1作用不能使H3K9去甲基化[4]，然而與雄激素受體結(jié)合后LSD1也可催化H3K9去甲基化（圖3A）[18]。但是不能以核小體作為底物，使核小體去甲基化，只有當(dāng)LSD1與CoREST結(jié)合后才能以核小體為底物使之去甲基化[23-24]，而BHC80抑制LSD1-CoREST復(fù)合物介導(dǎo)的核小體去甲基化作用，從而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（圖3B）[23]。在體內(nèi)，LSD1存在于組蛋白去乙酰化酶復(fù)合物中，這一復(fù)合物中還包含其他蛋白如CoREST、BHC80、HDAC1/2、BRAF等，這些蛋白能調(diào)控LSD1的活性[10,24]。CoREST為LSD1發(fā)揮活性提供了一座橋梁，使LSD1能接觸底物核小體組蛋白，并且還能穩(wěn)定核內(nèi)LSD1[23,25]。一方面組蛋白H3中賴氨酸4的去甲基化與染色質(zhì)的濃縮和轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)；另一方面，組蛋白H3的賴氨酸9去甲基化與染色質(zhì)開放構(gòu)象和基因表達(dá)相關(guān)（圖3C）。LSD1與雄激素受體結(jié)合后介導(dǎo)的H3K9與基因轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)[18]，但雄激素受體元件是如何與配體結(jié)合，通過哪些未知因子共同發(fā)揮作用的詳細(xì)機(jī)制尚不清楚。

LSD1、CoREST和BHC80通常存在于同一個組蛋白去乙?；笍?fù)合物中。LSD1對低乙?；M蛋白的去甲基化作用明顯高于高乙?；慕M蛋白，說明轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物中的組蛋白去乙酰酶有利于LSD1發(fā)揮去甲基酶活性。如在LSD1/CoREST復(fù)合物中，HDAC1/2催化H3K9去乙?；?，使CoREST結(jié)合于去乙酰化位點。在CoREST存在的情況下，LSD1催化H3K4me2去甲基化，而后LSD1另一個相互作用的蛋白BHC80結(jié)合于H3K4me0位點，阻止H3K4的再次甲基化作用（圖4）[26]。然而，BHC80與LSD1相互作用的機(jī)制尚不清楚。

5 LSD1與白血病

在正常的造血系統(tǒng)生成過程中，各種轉(zhuǎn)錄因子通常以組合的方式對正常細(xì)胞環(huán)境中的特定靶基因發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，造血干細(xì)胞經(jīng)歷了一系列的基因表達(dá)的動態(tài)調(diào)控，在促進(jìn)其分化為成熟紅細(xì)胞的同時也抑制了一些抑分化基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子所形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對于維持正常的造血細(xì)胞分化起到了至關(guān)重要的作用，當(dāng)這種動態(tài)的調(diào)控失衡，正常的造血細(xì)胞分化過程發(fā)生紊亂，就誘發(fā)了白血病的發(fā)生。細(xì)胞分化發(fā)生異常，細(xì)胞表面壓力發(fā)生改變，喪失對分化刺激因素產(chǎn)生反應(yīng)的能力，分化障礙的未成熟紅細(xì)胞不斷產(chǎn)生，無限增殖，并大量涌入外周血液中，形成白血病。白血病的發(fā)生機(jī)制與基因?qū)用嫔系恼{(diào)控及表觀遺傳學(xué)修飾的異常均具有密不可分的聯(lián)系[27]。

LSD1在惡性造血系統(tǒng)中高表達(dá)，對于造血系統(tǒng)的分化具有重要的調(diào)控作用[28]。在正常的造血系統(tǒng)分化過程中，造血干細(xì)胞分化為早期前祖細(xì)胞進(jìn)而最終分化成成熟紅細(xì)胞，任何時期所產(chǎn)生的突變均有可能導(dǎo)致惡性增殖的發(fā)生發(fā)展。TAL1是早期造血干細(xì)胞特異性調(diào)控因子之一，它的異常表達(dá)會導(dǎo)致T細(xì)胞白血病的產(chǎn)生。Hu等[29]于2009年首次在TAL1復(fù)合體中分離出由LSD1、HDAC1/2、Co-REST組成的去甲基化酶復(fù)合體，經(jīng)大量實驗證明LSD1復(fù)合物通過表觀遺傳修飾作用對紅細(xì)胞分化的相關(guān)基因表達(dá)發(fā)揮動態(tài)調(diào)控功能，在造血系統(tǒng)的生成及紅細(xì)胞分化過程中具有重要意義,并在白血病的發(fā)生發(fā)展過程中充當(dāng)重要角色。LSD1蛋白的過量表達(dá)可促進(jìn)紅細(xì)胞增殖，同時抑制紅細(xì)胞分化。LSD1通過與TAL1結(jié)合調(diào)控TAL1靶基因啟動子活性，改變其位點的甲基化修飾水平，從而調(diào)控機(jī)體造血系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展、紅細(xì)胞的增殖分化。LSD1的表達(dá)沉默抑制紅細(xì)胞分化，而過量表達(dá)LSD1蛋白同樣也抑制紅細(xì)胞的分化，這說明LSD1在機(jī)體造血系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，無論是未分化的紅細(xì)胞還是已分化的紅細(xì)胞都需要LSD1蛋白的存在，也許LSD1可通過與紅細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子如TAL1或Gfi1b相結(jié)合調(diào)控紅細(xì)胞的分化[29-30]。

前期工作的另一方面根據(jù)大量的實驗結(jié)果大膽假設(shè)了一個LSD1和TAL1的分子機(jī)制模型，如圖5所示。當(dāng)TAL1與LSD1、HDAC1蛋白抑制復(fù)合體相結(jié)合時，染色體結(jié)構(gòu)上組蛋白發(fā)生去甲基化修飾，LSD1復(fù)合體可抑制TAL1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性，并調(diào)控紅細(xì)胞分化中特異性蛋白的表達(dá)，從而抑制紅細(xì)胞的分化。但隨著紅細(xì)胞的分化，TAL1與LSD1的相互作用減少并發(fā)生轉(zhuǎn)換，又可與其他轉(zhuǎn)錄激活蛋白質(zhì)相互作用，如p300、PCAF、hSET1，并重新修飾組蛋白，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)開放，提高轉(zhuǎn)錄水平，促進(jìn)紅細(xì)胞的增殖和分化。所以，LSD1以表觀遺傳修飾的方式調(diào)控TAL1的功能和機(jī)體造血系統(tǒng)。也正是TAL1-LSD1中蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄及基因表達(dá)，從而在機(jī)體造血系統(tǒng)及紅細(xì)胞分化中發(fā)揮功能。

圖4 LSD1介導(dǎo)的H3K4去甲基化調(diào)控的表觀遺傳機(jī)制

圖5 LSD1調(diào)控紅細(xì)胞分化及白血病發(fā)生的分子模型

Notch1信號的異常激活會導(dǎo)致致癌性轉(zhuǎn)化并最終導(dǎo)致T細(xì)胞急性淋巴白血?。═-ALL）的發(fā)生，最近發(fā)現(xiàn)LSD1參與到了Notch1的多功能復(fù)合體中。在T-ALL中，LSD1所介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)修飾作用對于Notch1靶基因的激活與抑制發(fā)揮著非常重要的動態(tài)調(diào)控功能。當(dāng)有Notch1的協(xié)同作用時，LSD1特異性結(jié)合于H3K9me2位點發(fā)揮去甲基化作用進(jìn)而激活靶基因的表達(dá)，相反，當(dāng)Notch1缺失后，這種去甲基化酶通過催化H3K4me2的去甲基化達(dá)到抑制轉(zhuǎn)錄的目的。LSD1的這種動態(tài)調(diào)控機(jī)制對于T-ALL的發(fā)生發(fā)展具有重要意義[31]。

LSD1在多種人類急性髓系白血病（AML）中列于具有高度表達(dá)的基因中的前5%[32]。Harris等[33]通過建立患白血病的小鼠模型，確定了LSD1在AML生成過程中所發(fā)揮的重要調(diào)控作用，建立了LSD1過表達(dá)和AML白血病之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，LSD1的敲除會使AML細(xì)胞顯著喪失白血病細(xì)胞無限增殖分化的潛能，不能形成克隆，在小鼠模型中不會導(dǎo)致白血病的發(fā)生。由LSD1高表達(dá)介導(dǎo)的表觀遺傳修飾所導(dǎo)致的基因沉默，與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，LSD1可能通過直接或間接的方式調(diào)控造血系統(tǒng)中一些重要轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)重塑相關(guān)酶的表達(dá)，很可能通過調(diào)控一系列基因表達(dá)進(jìn)而激活MLLAF9白血病相關(guān)癌基因。CHIP-Seq實驗顯示，LSD1沉默后，H3K4me2水平的增加是MLL-AF9啟動子上可以檢測到的惟一變化。LSD1抑制劑會導(dǎo)致被異常沉默的抑癌基因獲得激活從而重新表達(dá)[34]。這些結(jié)果無一不證實了在AML白血病中，LSD1所發(fā)揮的去甲基化功能和白血病相關(guān)的致癌基因具有密不可分的關(guān)系。鑒于這些重要發(fā)現(xiàn)，LSD1在調(diào)控基因表達(dá)及MLL細(xì)胞分化過程中均發(fā)揮著重要作用，但LSD1在靶基因位點作用機(jī)制以及募集的蛋白復(fù)合體還有待更深一步的探究。

綜上所述，LSD1在調(diào)控致癌基因的表達(dá)[33]及造血系統(tǒng)生成、紅細(xì)胞分化過程[29]中發(fā)揮著重要作用，因而這一重要的表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子可能成為白血病治療中的重要靶標(biāo)。

6 討論

目前對于LSD1及組蛋白去甲基化酶有比較深入的研究，但仍有許多問題有待解決，今后的研究將主要關(guān)注LSD1與白血病的關(guān)系。TAL1可以結(jié)合一些輔助抑制物，如 mSin3A、HDAC及ETO-2[35-37]，從而在造血過程中發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用。LSD1是賴氨酸特異性的去甲基化酶，它可以特異去除單甲基或雙甲基的H3K4。CoREST和HDAC1/2能夠極大地增強(qiáng)LSD1的去甲基化酶活性[10,23-24,38]。

CoREST、HDAC1/2及其他未知蛋白能與LSD1相結(jié)合，這對于LSD1的酶活力以及轉(zhuǎn)錄抑制是必須的[39-40]。但這些復(fù)合物在正?；虍惓５沫h(huán)境中對于TAL1和LSD1的調(diào)控有什么不同，目前還不清楚。我們認(rèn)為，在LSD1與其相關(guān)復(fù)合物之間的蛋白與蛋白的相互作用控制著它的酶活性及底物特異性，并且很有可能在TAL1/LSD1復(fù)合體中存在某些未知的成分，而正是這些成分控制著TAL1或LSD1在造血過程中的作用。敲除LSD1會造成鼠紅白血病細(xì)胞MEL細(xì)胞及鼠類肝細(xì)胞中造血分化的紊亂，這表明廣泛表達(dá)的LSD1可能是通過與組織特異性的轉(zhuǎn)錄因子相互作用控制著組織特異性的造血分化過程。因此，LSD1與造血系統(tǒng)特異性的抑制因子Gfi-1b相互作用，共同影響紅細(xì)胞、巨核細(xì)胞及粒性白細(xì)胞的分化[30]。有研究表明[30]LSD1通過造血特異性轉(zhuǎn)錄因子的誘導(dǎo)來發(fā)揮其抑制活性，并且控制造血限制性基因的表達(dá)，例如TAL1和Gfi-1b。一系列證據(jù)表明，TAL1和Gfi-1b能夠相互作用，并且可能共同存在于一條轉(zhuǎn)錄途徑中。另外，輔助抑制物ETO-2能夠影響紅細(xì)胞中TAL1與Gfi-1b之間的相互作用，但目前并不確定ETO-2與TAL1、Gfi-1b及LSD1是否存在于相同的復(fù)合體中。

有報道表明，在紅細(xì)胞分化過程中TAL1能夠動態(tài)地與激活因子或抑制因子相互作用。我們在未分化的MEL細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)TAL1與LSD1相結(jié)合并具有去甲基酶活性，但在分化后第1天這種活性就消失了，而在分化的后期復(fù)合體的活性又得到恢復(fù)[29]。對于在紅細(xì)胞分化過程中TAL1/LSD1的動態(tài)相互作用，有2種可能的解釋。一是，在祖細(xì)胞中，LSD1擁有限制這些細(xì)胞分化的能力；而細(xì)胞一旦分化，LSD1的功能即轉(zhuǎn)變?yōu)橐种芓AL1的靶基因，這些靶基因能夠促進(jìn)細(xì)胞分化。在這種觀點的支持下，敲除LSD1后，在細(xì)胞分化過程中TAL1啟動子p4.2位點上H3K4甲基化及組蛋白乙?；皆龈?。另外一種可能性是，LSD1蛋白復(fù)合體改變了其輔酶的組成，這有可能改變其酶的特異性。例如，當(dāng)雄激素受體與LSD1結(jié)合，其將會通過去甲基作用抑制單甲基或雙甲基的H3K9的標(biāo)記改變LSD1的底物特異性，這會促進(jìn)AR依賴的轉(zhuǎn)錄活性。因此，LSD1通過敲除某些特定的表觀遺傳標(biāo)記進(jìn)而產(chǎn)生一種緊湊或?qū)捤傻娜旧|(zhì)環(huán)境，從而能夠抑制或激活轉(zhuǎn)錄。在這種觀點的支持下，LSD1應(yīng)該在造血系統(tǒng)中具有雙重功能，并且我們在Jurkat細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)TAL1與LSD1形成的2種復(fù)合體。二是，LSD1與TAL1具有直接相互作用，且結(jié)合結(jié)構(gòu)域為TAL1的142～185殘基，TAL1的該結(jié)構(gòu)域中含有一個可以被蛋白質(zhì)激酶A(PKA)磷酸化的氨基酸殘基Ser172，這個位點的磷酸化作用可以影響TAL的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。有研究表明TAL1與LSD1之間的動態(tài)結(jié)合是通過PKA介導(dǎo)的TAL1 Ser172位點的磷酸化作用完成的，PKA信號通路可以調(diào)控紅細(xì)胞分化過程和T細(xì)胞白血病生成中TAL1與LSD1的相互作用，TAL1 Ser172位點的磷酸化能夠破壞TAL1與組蛋白LSD1間的結(jié)合，導(dǎo)致紅細(xì)胞分化過程和T細(xì)胞白血病生成中某些TAL1靶基因的激活。TAL1可以被蛋白質(zhì)激酶PKA在體內(nèi)或體外磷酸化，盡管這一磷酸化作用不會影響TAL1的細(xì)胞內(nèi)定位及其與E2A蛋白質(zhì)形成二聚體的能力，但能夠改變TAL1結(jié)合某些DNA的能力，從而影響其轉(zhuǎn)錄活性。

LSD1在造血過程中發(fā)揮怎樣的生物學(xué)作用呢？LSD1通過調(diào)節(jié)激活或抑制染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域來調(diào)控基因表達(dá)。它可能通過干擾正常細(xì)胞生長分化所需要的正?；虻谋磉_(dá)模式，從而與人類疾病密切相關(guān)。TAL1的激活與許多T-ALL患者密切相關(guān)。在T細(xì)胞白血病中，TAL1抑制E2A/HEB的轉(zhuǎn)錄活性，并且在正常的胸腺細(xì)胞進(jìn)行大量細(xì)胞分裂階段中干擾細(xì)胞周期進(jìn)程。因此，LSD1結(jié)合TAL1從而抑制其轉(zhuǎn)錄活性的機(jī)制可能是，LSD1通過結(jié)合TAL1而抑制E2A/HEB的活性，進(jìn)而導(dǎo)致白血病的發(fā)生。

隨著對組蛋白修飾研究的逐步深入，幾種組蛋白修飾酶如組蛋白去乙酰化酶已成為腫瘤治療的靶蛋白。已有許多研究表明，組蛋白甲基化和去甲基化間的平衡與人類包括白血病在內(nèi)的多種疾病緊密相關(guān)。在前列腺癌[41]、成神經(jīng)細(xì)胞瘤[42]、非小細(xì)胞性肺癌[43]、ER陰性乳腺癌[44]及膀胱癌[45]中均有LSD1的高表達(dá)，LSD1的抑制會導(dǎo)致這些腫瘤細(xì)胞生長障礙，相反其過表達(dá)會通過某種表觀遺傳修飾途徑導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。近來研究發(fā)現(xiàn)，LSD1在白血病細(xì)胞中同樣過表達(dá)[46]。以反苯環(huán)丙胺衍生物為例的多種LSD1小分子抑制劑被開發(fā)出來，其可以顯著抑制白血病細(xì)胞分化，并具有增強(qiáng)抗白血病藥物療效的作用[47]。LSD1有望成為白血病表觀遺傳修飾治療的新靶點，為白血病藥物開發(fā)提供了新的方向，以期為提高患者治愈率，延長生存期提供依據(jù)。更加深入地探究LSD1與白血病發(fā)生的相關(guān)機(jī)制，具有十分重要的臨床意義。

[1] Wysocka J,Allis C D,Coonrod S.Histone arginine methyla?tion and its dynamic regulation[J].Front Biosci,2006,11:344-355.

[2] Martin C,Zhang Y.The diverse functions of histone lysine methylation[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2005,6(11):838-849.

[3] Rea S,Eisenhaber F,O'Carroll D,et al.Regulation of chro?matin structure by site-specific histone H3 methyltransferases[J].Nature,2000,406(6796):593-599.

[4] Shi Y,Lan F,Matson C,et al.Histone demethylation mediat?ed by the nuclear amine oxidase homolog LSD1[J].Cell,2004,119(7):941-953.

[5] Cuthbert G L,Daujat S,Snowden A W,et al.Histone deimi?nation antagonizesargininemethylation[J].Cell,2004,118(5):545-553.

[6] Wang Y,Wysocka J,Sayegh J,et al.Human PAD4 regulates histone arginine methylation levelsvia demethylimination[J].Science,2004,306(5694):279-283.

[7] Tong J K,Hassig C A,Schnitzler G R,et al.Chromatin deacetylation by an ATP-dependent nucleosome remodelling complex[J].Nature,1998,395(6705):917-921.

[8] Hakimi M A,Dong Y,Lane W S,et al.A candidate X-linked mental retardation gene is a component of a new fami?ly of histone deacetylase-containing complexes[J].J Biol Chem,2003,278(9):7234-7239.

[9] You A,Tong J K,Grozinger C M,et al.CoREST is an inte?gralcomponentoftheCoREST-human histonedeacetylase complex[J].Proc Natl Acad Sci USA,2001,98(4):1454-1458.

[10]Humphrey G W,Wang Y,Russanova V R,et al.Stable his?tone deacetylase complexes distinguished by the presence of SANT domain proteins CoREST/kiaa0071 and Mta-L1[J].J Bi?ol Chem,2001,276(9):6817-6824.

[11]Shi Y,Sawada J,Sui G,et al.Coordinated histone modifica?tions mediated by a CtBP co-repressor complex[J].Nature,2003,422(6933):735-738.

[12]Tsukada Y,Fang J,Erdjument-Bromage H,et al.Histone de?methylation by a family of JmjC domain-containing proteins[J].Nature,2006,439(7078):811-816.

[13]Huang Y,Fang J,Bedford M T,et al.Recognition of histone H3 lysine-4 methylation by the double tudor domain of JM?JD2A[J].Science,2006,312(5774):748-751.

[14]Godmann M,Auger V,Ferraroni-Aguiar V,et al.Dynamic regulation of histone H3 methylation at lysine 4 in mammali?an spermatogenesis[J].Biol Reprod,2007,77(5):754-764.

[15]Di Stefano L,Ji J Y,Moon N S,et al.Mutation of Drosophi?la Lsd1 disrupts H3-K4 methylation,resulting in tissue-spe?cific defects during development[J].Curr Biol,2007,17(9):808-812.

[16]Rudolph T,Yonezawa M,Lein S,et al.Heterochromatin for?mation in drosophila is initiated through active removal of H3K4 methylation by the LSD1 homolog SU(VAR)3-3[J].Mol Cell,2007,26(1):103-115.

[17]Cowger J J,Zhao Q,Isovic M,et al.Biochemical characteriza?tion of the zinc-finger protein 217 transcriptional repressor complex:identification of a ZNF217 consensus recognition se?quence[J].Oncogene,2007,26(23):3378-3386.

[18]Metzger E,Wissmann M,Yin N,et al.LSD1 demethylates re?pressive histone marks to promote androgen-receptor-depen?dent transcription[J].Nature,2005,437(7057):436-439.

[19]Biswas D,Milne T A,Basrur V,et al.Function of leukemo?genic mixed lineage leukemia 1(MLL)fusion proteins through distinctpartnerprotein complexes[J].Proc NatlAcad Sci USA,2011,108(38):15751-15756.

[20]Wang J,Scully K,Zhu X,et al.Opposing LSD1 complexes function in developmental gene activation and repression pro?grammes[J].Nature,2007,446(7138):882-887.

[21]Yamane K,Toumazou C,Tsukada Y,et al.JHDM2A,a JmjC-containing H3K9 demethylase,facilitates transcription activa?tion by androgen receptor[J].Cell,2006,125(3):483-495.

[22]Wissmann M,Yin N,Muller J M,et al.Cooperative demethyl?ation by JMJD2C and LSD1 promotes androgen receptor-de?pendent gene expression[J].Nat Cell Biol,2007,9(3):347-353.

[23]Shi Y,Matson C,Lan F,et al.Regulation of LSD1 histone demethylase activity by itsassociated factors[J].MolCell,2005,19(6):857-864.

[24]Lee M G,Wynder C,Cooch N,et al.An essential role for Corest in nucleosomal histone 3 lysine 4 demethylation[J].Na?ture,2005,437(7057):432-435.

[25]Lee M G,Wynder C,Bochar D A,et al.Functional interplay between histone demethylase and deacetylase enzymes[J].Mol Cell Biol,2006,26(17):6395-6402.

[26]Lan F,Nottke A C,Shi Y.Mechanisms involved in the regu?lation of histone lysine demethylases[J].Curr Opin Cell Biol,2008,20(3):316-325.

[27]Vu L P,Luciani L,Nimer S D,et al.Histone-modifying en?zymes:their role in the pathogenesis of acute leukemia and theirtherapeutic potentialInt[J].JHematol,2013,97(2):198-209.

[28]Lynch J T,Harris W J,Somervaille T C,et al.LSD1 inhibi?tion:a therapeutic strategy in cancer[J]?Expert Opin Ther Targets,2012,16(12):1239-1249.

[29]Hu X,Li X,Valverde K,et al.LSD1-mediated epigenetic modification is required for TAL1 function and hematopoiesis[J].Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(25):10141-10146.

[30]Saleque S,Kim J,Rooke H M,et al.Epigenetic regulation of hematopoietic differentiation by Gfi-1 and Gfi-1b is medi?ated by the cofactors CoREST and LSD1[J].Mol Cell,2007,27(4):562-572.

[31]Yatim A,Benne C,Sobhian B,et al.NOTCH1 nuclear inter?actome revealskey regulatorsofitstranscriptionalactivity and oncogenic function[J].Mol Cell,2012,48(3):445-458.

[32]Goardon N,Marchi E,Atzberger A,et al.Coexistence of LMPP-like and GMP-like leukemia stem cells in acute my?eloid leukemia[J].Cancer Cell,2011,19(1):138-152.

[33]Harris W J,Huang X,Lynch J T,et al.The histone demeth?ylase KDM1A sustains the oncogenic potential of MLL-AF9 leukemia stem cells[J].Cancer Cell,2012,21(4):473-487.

[34]Sharma S K,Wu Y,Steinbergs N,et al.(Bis)urea and(Bis)thiourea Inhibitors of Lysine-Specific Demethylase 1 as Epi?genetic Modulators[J].J Med Chem,2010,53(14):5197-5212.

[35]Schuh A H,Tipping A J,Clark A J,et al.ETO-2 associates with SCL in erythroid cells and megakaryocytes and provides repressor function in erythropoiesis[J].Mol Cell Biol,2005,25(23):10235-10250.

[36]Goardon N,Lambert J A,Rodriguez P,et al.ETO2 coordi?nates cellularproliferation and differentiation during erythropoie?sis[J].EMBO J,2006,25(2):357-366.

[37]Huang S,Qiu Y,Stein R,et al.p300 functions as a tran?scriptional coactivator for the Tal1/SCL oncoprotein[J].Onco?gene,1999,18(35):4958-4967.

[38]Li Y,Deng C,Hu X,et al.Dynamic interaction between TAL1 oncoprotein and LSD1 regulates TAL1 function in hema?topoiesis and leukemogenesis[J].Oncogene,2012,31:5007-5018.

[39]Huang Y,Vasilatos S N,Boric L,et al.Inhibitors of histone demethylation and histone deacetylation cooperate in regulat?ing gene expression and inhibiting growth in human breast cancer cells[J].Breast Cancer Res Treat,2012,131(3):777-789.

[40]Charles T F,Oliver M D,Larissa L,et al.Lysine-specific de?methylase 1 regulates the embryonic transcriptome and CoR?EST stability[J].Mol Cell Biol,2010,30(20):4851-4863.

[41]Kahl P,Gullotti L,Heukamp L C,et al.Androgen receptor coactivatorslysine-specifichistonedemethylase 1 and four and a half LIM domain protein 2 predict risk of prostate can?cer recurrence[J].Cancer Res,2006,66(23):11341-11347.

[42]Schulte J H,Lim S,Schramm A,et al.Lysine-specific de?methylase 1 is strongly expressed in poorly differentiated neu?roblastoma:implications for therapy[J].Cancer Res,2009,69(5):2065-2071.

[43]Lv T,Yuan D,Miao X,et al.Over-expression of LSD1 pro?motes proliferation,migration and invasion in non-small cell lung cancer[J].PLoS One,2012,7(4):e35065.

[44]Lim S,Janzer A,Becker A,et al.Lysine-specific demethyl?ase 1(LSD1)is highly expressed in ER-negative breast can?cers and a biomarker predicting aggressive biology[J].Carcino?genesis，2010,31(3):512-520.

[45]Hayami S,Kelly J D,Cho H S,et al.Overexpression of LSD1 contributes to human carcinogenesis through chromatin regulation in variouscancers[J].IntJCancer,2011,128(3):574-586.

[46]Lokken A A,Zeleznik-Le N J.Breaking the LSD1/KDM1A addiction:therapeutic targeting of the epigenetic modifier in AML[J].Cancer Cell,2012,21(4):451-453.

[47]Binda C,Valente S,Romanenghi M,et al.Biochemical,struc?tural,and biological evaluation of tranylcypromine derivatives as inhibitors of histone demethylases LSD1 and LSD2[J].J Am Chem Soc,2010,132(19):6827-6833.