CTCF boundary remodels chromatin domain and drives aberrant HOX gene transcription in acute myeloid leukemia

CTCF公司 染色质 Hox基因 生物 髓系白血病 增强子 转录因子 癌症研究 细胞生物学 遗传学 基因
作者
Huacheng Luo,Fei Wang,Jie Zha,Haoli Li,Bowen Yan,Qinghua Du,Feng‐Chun Yang,Amin Sobh,Chris D. Vulpe,Leylah Drusbosky,Christopher R. Cogle,Iouri Chepelev,Bing Xu,Stephen D. Nimer,Jonathan D. Licht,Yi Qiu,Baoan Chen,Mingjiang Xu,Suming Huang
出处
期刊:Blood [Elsevier BV]
卷期号:132 (8): 837-848 被引量:63
标识
DOI:10.1182/blood-2017-11-814319
摘要

HOX gene dysregulation is a common feature of acute myeloid leukemia (AML). The molecular mechanisms underlying aberrant HOX gene expression and associated AML pathogenesis remain unclear. The nuclear protein CCCTC-binding factor (CTCF), when bound to insulator sequences, constrains temporal HOX gene-expression patterns within confined chromatin domains for normal development. Here, we used targeted pooled CRISPR-Cas9-knockout library screening to interrogate the function of CTCF boundaries in the HOX gene loci. We discovered that the CTCF binding site located between HOXA7 and HOXA9 genes (CBS7/9) is critical for establishing and maintaining aberrant HOXA9-HOXA13 gene expression in AML. Disruption of the CBS7/9 boundary resulted in spreading of repressive H3K27me3 into the posterior active HOXA chromatin domain that subsequently impaired enhancer/promoter chromatin accessibility and disrupted ectopic long-range interactions among the posterior HOXA genes. Consistent with the role of the CBS7/9 boundary in HOXA locus chromatin organization, attenuation of the CBS7/9 boundary function reduced posterior HOXA gene expression and altered myeloid-specific transcriptome profiles important for pathogenesis of myeloid malignancies. Furthermore, heterozygous deletion of the CBS7/9 chromatin boundary in the HOXA locus reduced human leukemic blast burden and enhanced survival of transplanted AML cell xenograft and patient-derived xenograft mouse models. Thus, the CTCF boundary constrains the normal gene-expression program, as well as plays a role in maintaining the oncogenic transcription program for leukemic transformation. The CTCF boundaries may serve as novel therapeutic targets for the treatment of myeloid malignancies.

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