生物通報道 造血干細胞是一類來源于骨髓,具有生成各種血細胞能力的成體干細胞。其以兩種狀態存在:一種作為預備役*靜靜坐等召喚,而活躍*則不斷地增殖,每天生成數十億的血細胞。在的研究中,來自Stowers醫學研究所的研究人員揭示出了一種新機制,其在維持兩種狀態微妙平衡中發揮了至關重要的作用。研究論文發表在7月17日的《自然》(Nature)雜志上。領導這一研究的是華人科學家、Stowers醫學研究所的李凌衡(Linheng Li)教授,其長期致力于干細胞研究工作,在干細胞研究領域做出了突出的成績。曾獲全美血液學學會“學者獎”。擔任著*醫學雜志Cell Stem Cell、Stem Cells、AACR、JBC等的編委及Nature、Science等的審稿專家。
在這篇論文中,李凌衡教授報告稱證實,基因組印記(genomic imprinting)阻止了過早召喚后備造血干細胞。基因組印記是指在哺乳動物中特異地關閉兩個基因拷貝其中一個的一種特殊遺傳現象。李凌衡解釋說:“活躍造血干細胞形成了日常供給線,不斷地補充耗盡的血液細胞和免疫細胞,而儲備庫則作為備用系統,在需求增長時介入替代受損的活躍造血干細胞。要維持這一終身造血干細胞戰略儲備庫,確保后備成員不會同時一起被動員至關重要。基因組印記提供了另一層的調控。”
有性生殖會生成帶有一對等位基因的后代,兩個基因拷貝,一個來自父親,一個來自于母親。大多數的基因兩個拷貝均表達,然而在哺乳動物和有袋類動物卵細胞或精細胞發育過程中,一小部分的基因會得到“印記”。這些基因組印記不僅可以區分父源和母源基因,還能夠特異地關閉后代這些基因的一個拷貝。基因組印記是調控胎兒生長和發育的一個重要機制,理所當然,錯誤的印記與人類的疾病也存在關聯。然而,科學家們對于基因組印記是否在成人干細胞中也發揮作用卻不是很清楚。
在早先的一些小鼠研究中,李凌衡和他的合作者們證實,隨著造血干細胞踏上它們的旅程,從靜息儲備細胞轉變為多譜系祖細胞,幾個印記基因的表達會發生改變。在當前的研究中,Stowers醫學研究所的研究人員將焦點放在了一個差異印記控制區域上,其驅動了母源等位基因和父源等位基因分別表達H19和Igf2。
該研究的*作者、李凌衡實驗室前博士后Aparna Venkatraman開發了一種小鼠模型,使得她能夠特異地除去母源等位基因的這一印記控制區域。因此,控制生長的H19基因不再活躍,而父源和母源等位基因現在均可表達促進細胞分裂的Igf2基因。為了評估印記控制喪失對于維持靜息造血干細胞池的影響,Venkatraman分析了小鼠骨髓中靜息的、活躍的以及分化造血干細胞的數量。
“當基因組印記提供的表觀遺傳控制被除去時,大量的靜息造血干細胞被激活,造成了一批激活干細胞通過不同的成熟階段,”Venkatraman說。
接著她仔細地調查了Igf2信號通路在誘導靜息造血干細胞啟動分裂,成熟為多譜系祖細胞,zui終生成特化血細胞中的作用。
Igf2是一種重要的生長因子,在胎兒發育過程中高度活躍,其調控失常可導致例如Beckwith-Wiedemann綜合征等過度發育疾病。它通過Igf1受體,誘導一個胞內信號級聯反應刺激細胞增殖,發揮促生長效應。
Igf1受體的表達受到H19的調控。H19基因的不同尋常之處在于,它可以編碼一種稱作為miR-675的調控microRNA,轉而抑制Igf1受體的翻譯。“當這一印記區域除去之時,Igf2-Igf1r信號通路被激活。由此產生的生長信號觸發了不適當的靜息造血干細胞激活和增殖,zui終導致了儲備庫過早耗盡。”
秀麗隱桿線蟲為科學家們提供了*條線索,證實抑制insulin/IGF信號可以延長壽命,延緩衰老。“IGF信號是保守的,但受到印記的影響,基因組印記在靜息儲備干細胞中抑制了IGF的活性。這確保了長期維持這一血液系統,支持了宿主長壽。”(生物通:何嬙)
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