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Cell Stem Cell发表张好建团队造血干细胞稳态调控机制的研究成果
发布时间:2021-10-22  来源:  阅读次数:

20211021日,武汉大学免疫与代谢前沿科学中心/免费播看完整大片张好建课题组在国际学术期刊Cell Stem Cell在线发表了题为Differential m6A RNA landscapes across hematopoiesis reveal a role for IGF2BP2 in preserving hematopoietic stem cell function”的研究论文。该研究开发了一种针对少量细胞的高灵敏性m6A测序方法SLIM-seq,并利用该方法首次绘制了小鼠血液系统包括造血干祖细胞、成熟血细胞等16种不同细胞群体的m6A修饰图谱;揭示了血液系统m6A变化规律,并解析了其中的调控机理;阐明了IGF2BP2-Bmi1通路调控线粒体活性、维持造血干细胞功能的分子机制。

在机体的生命周期中,造血干细胞位于血液系统最顶端,通过自我更新和多向分化维持着整个血液系统的稳态。这一过程受到严密而精细的调控。血液生态失衡则会导致各种血液疾病如白血病、骨髓衰竭、骨髓增生异常综合症等,也与机体各种重大疾病息息相关。因此,深入理解造血干细胞功能维持和血液稳态的调控机制具有重要意义。

RNA m6A修饰是真核生物mRNA上最丰富的修饰之一,调控mRNA命运,包括稳定、降解、定位和剪切等。近年来,研究表明RNA m6A修饰在正常造血发育、造血干细胞功能维持及白血病发生发展中起着重要作用。因此,全面解析生理、病理情况下血液系统m6A修饰并探索其变化规律,成为亟待解决的重要科学问题。然而,常规m6A测序技术需要较大样本量,无法应用于造血干/祖细胞等各种少量细胞群体,也严重制约了当前对m6A修饰在干细胞、发育、免疫等各领域的研究。

研究人员首先建立了高灵敏性的少量细胞m6A测序方法SLIM-seqsuper-low input m6A-seq)。利用流式细胞仪分选了小鼠来源的16种不同造血干细胞、祖细胞以及各个分化谱系的成熟血细胞,进行SLIM-seq测序,并通过与相应的RNA-seq数据比较的生物信息学分析,获得8599个高可信度的m6A修饰mRNA,绘制出了血液系统m6A修饰的mRNA图谱。研究人员进一步对m6A修饰谱进行系统分析,发现m6A在长期造血干细胞(LT-HSC)中具有较高的m6A修饰水平,但随着其向髓系和红系细胞分化m6A修饰水平会下降,而淋系细胞群体具有较高的m6A修饰;发现m6A具有显著的细胞类型特异性。鉴于血液系统的严密层级分化,研究人员试图解析细胞m6A修饰起源。有意思的是,发现各种细胞(短期造血干细胞ST-HSC除外)中多数m6A修饰模式继承于其发育上游阶段。作者进一步分析了m6A修饰与基因表达水平的相关性,发现定向分化祖细胞群体如MEP、MkP中绝大多数m6A调控mRNA的降解。有趣的是,在LT-HSC中有相当一部分m6A修饰(~25%)起到稳定mRNA的作用。针对这一现象,作者进一步探索其中的分子机制,认为不同m6A阅读蛋白可能在m6A修饰的mRNA中起决定性作用。通过分析比较这些阅读蛋白的表达水平,研究人员最终聚焦在了IGF2BP2,发现其在LT-HSCs中高表达,维持了LT-HSCm6A修饰mRNA的稳定性。在生理功能上,运用Igf2bp2敲除小鼠开展了一系列体内、体外实验,发现Igf2bp2敲除小鼠的LT-HSC数目减少、集落形成能力减弱、凋亡明显增加、静止期丢失以及长期造血重建能力严重受损,从而证实IGF2BP2维持造血干细胞功能具有重要作用。进一步,我们发现LT-HSCBmi1Igf2bp2重要的下游靶点;Igf2bp2缺失促进Bmi1 mRNA降解,从而解除Bmi1对线粒体相关基因表达的抑制,上调线粒体活性,最终引起造血干细胞功能消耗。

综上,该研究系统绘制了小鼠血液系统中不同细胞群体的m6A修饰图谱,并揭示了其变化规律,发现了IGF2BP2在造血干细胞功能稳态中的重要作用,并阐明了其作用机制,将有助于我们深入理解血液系统稳态和造血干细胞功能调控。另外,该研究突破了领域的技术瓶颈,建立的微量样本m6A测序技术SLIM-seq,将大大助力RNA m6A修饰在干细胞、发育、免疫等其他领域的相关研究。

武汉大学免疫与代谢前沿科学中心/免费播看完整大片博士生印容、博士后常继伟和博士生李亚书为文章的并列第一作者,张好建教授为文章通讯作者。张好建课题组主要从事血液系统发育的分子机制和血液疾病的致病机理研究,目前研究方向包括造血干细胞/白血病干细胞转录后调控、急性髓系白血病发病机制与靶向等,近两年来已在Cell Stem Cell20212020 、Blood2021)等发表多篇文章。实验室长期招聘博士后、特聘研究员或副研究员,欢迎感兴趣的青年人才加盟。邮箱:haojian_zhang@whu.edu.cn。

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