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动物所等揭露 m6A 润色调控哺乳动物造血干细胞发

发布时间:2017-11-27 00:00

m6A 修饰调控哺乳动物造血干细胞发育模式图

血液,犹如生命的“河流”,静静地在生物体内流淌,哺育着每一个“细胞”。然而,成体血液的再生与再造,一直是临床恶性血液疾病治疗过程中难以攻克的瓶颈。作为脊椎动物血液的源泉,具有自我更新和多系分化潜能的造血干细胞的体外诱导和扩增,一直是组织器官再造的前沿课题,更是众多恶性血液疾病患者的希望。由于对血液发生复杂调控网络了解的局限性,目前尚未建立成功可行的方案。

脊椎动物的造血过程分为两个阶段:初级造血和次级造血。其中,造血干细胞产生于次级造血过程。在胚胎期的主动脉 - 性腺 - 中肾(AGM)区域,造血干细胞由特化的生血内皮细胞通过内皮 - 造血转化过程产生,随后迁移至胎肝(人和小鼠)或者尾部造血组织(斑马鱼)进行扩增和分化,部分前体细胞迁移至胸腺,分化成淋巴细胞。最后,造血干细胞迁移至骨髓(人和小鼠)或者肾髓(斑马鱼)维持机体终身造血过程。迄今为止,在造血干细胞产生及分化过程中,已发现诸多信号通路和转录因子具有关键的调控作用。然而,对于表观遗传修饰,尤其是 RNA 甲基化,调控血液发生的研究却极其有限。

此前,中国科学院动物研究所刘峰实验室与中科院北京基因组研究所杨运桂实验室合作,发现 mRNA 的 m6A 修饰调控斑马鱼造血干细胞的命运决定。在此基础上,刘峰实验室与中科院院士周琪、李伟实验室、杨运桂实验室继续合作,利用条件性敲除系统,进一步揭示 m6A 在小鼠造血干细胞发育过程中的生物学功能,并深入探索其作用机制。

首先,利用 Vec-Cre 在血管内皮细胞中特异性敲除 m6A 甲基转移酶复合体重要组分 Mettl3,发现血管内皮细胞中的 m6A 水平显著降低。系统的表型分析结果显示,在内皮细胞特异性敲除 Mettl3 的小鼠胚胎里,造血干细胞的命运决定受到影响,血管动脉内皮特性增强。但在血细胞中特异性敲除 Mettl3,并不影响造血干细胞的产生。其次,通过 RNA-seq 分析发现,在内皮细胞特异性敲除 Mettl3 的小鼠 AGM 组织中,Notch 信号通路被过度激活,其中,以 Notch1 为代表的动脉内皮相关基因的表达量显著上调。同时,m6A-RIP-qPCR 结果表明,Notch1mRNA 的 m6A 富集程度显著降低。上述结果说明,血管内皮细胞 m6A 修饰的缺失,影响了 Notch1 在造血干细胞命运决定过程中的动态平衡。此外,结合已报道的测序数据分析发现,m6A 修饰识别蛋白 Ythdf2 的结合区段与 Notch1mRNA 上发生 m6A 修饰的区段有重叠,这预示 m6A 修饰调控 Notch1 mRNA 可能是通过 Ythdf2 介导的。 

该项工作进一步证明了 m6A 修饰在脊椎动物造血干细胞发育过程中的关键作用,不仅将前期在斑马鱼中发现的生物学规律推广到更高等的哺乳动物,也是对造血干细胞产生分子机制的完善与补充。同时,该成果将为血液器官再造提供理论支持,并推动体外诱导产生造血干细胞这一科学前沿的发展。相关研究成果以 Endothelial-specific m6A modulates mouse hematopoietic stem and progenitor cell development via Notch signaling 为题,在线发表在 Cell Research 上。

研究工作得到了中科院干细胞与再生医学战略性先导科技专项、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目以及国家重点基础研究发展计划的资助。

https://www.nature.com/articles/cr2017143

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