造血作用可以產(chǎn)生所有類型的血細胞，包括紅細胞、血小板、巨噬細胞和淋巴細胞等。這些血細胞來源于具有自我更新和多向分化潛能的造血干祖細胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）。脊椎動物中，最早的新生造血干祖細胞，是由主動脈-性腺-中腎區(qū)（aorta-gonad-mesonephros，AGM）的動脈腹側(cè)的生血內(nèi)皮經(jīng)過內(nèi)皮-造血轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的。造血干祖細胞遷移到哺乳動物的胎肝（fetal liver，F(xiàn)L）或斑馬魚的尾部造血組織 （caudal hematopoietic tissue，CHT）進行快速擴增和分化。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠中AGM區(qū)剛產(chǎn)生的造血干祖細胞處于非成熟狀態(tài)，遷移到胎肝后，才能完全獲得造血相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組特性。此外，AGM和胎肝中的造血干祖細胞的移植重建能力不同：AGM區(qū)產(chǎn)生的造血干細胞對免疫排斥更加敏感，只有移植到新生小鼠中才能進行移植重建。因此，研究各個造血組織中，處于不同發(fā)育階段的造血干祖細胞，比較其染色質(zhì)開放狀態(tài)及基因調(diào)控差異，將為體外誘導(dǎo)獲得具有較好移植重建能力的造血干祖細胞提供理論指導(dǎo)。

8月5日，中國科學(xué)院動物研究所研究員劉峰團隊與同濟大學(xué)教授張勇團隊合作，在BLOOD上發(fā)表了題為Smarca5 mediated epigenetic programming facilitates fetal hematopoietic stem and progenitor cell development in vertebrates的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)生和擴增/分化等不同發(fā)育階段的造血干祖細胞中，染色質(zhì)可接近性和轉(zhuǎn)錄組存在動態(tài)變化。深入機制探索發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)重塑因子Smarca5通過與核仁蛋白Nucleolin相互作用，促進染色質(zhì)重塑，調(diào)控造血相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子與基因組結(jié)合，進而促進造血干祖細胞發(fā)育。

研究人員利用模式動物斑馬魚，聚焦染色質(zhì)可接近性和轉(zhuǎn)錄組，研究胚胎期兩個造血組織中造血干祖細胞的基因表達動態(tài)調(diào)控。通過對斑馬魚AGM區(qū)新產(chǎn)生的造血干祖細胞以及處于擴增/分化階段的CHT區(qū)造血干祖細胞進行ATAC-seq和 RNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)開放性在AGM區(qū)和CHT區(qū)造血干祖細胞中存在動態(tài)變化，啟動子區(qū)的染色質(zhì)開放程度對于基因的轉(zhuǎn)錄影響更為明顯。與AGM區(qū)新生造血干祖細胞相比，造血相關(guān)基因的染色質(zhì)開放性在CHT區(qū)造血干祖細胞中更加富集。同時，造血相關(guān)基因的表達水平在CHT區(qū)造血干祖細胞中更高。以上結(jié)果暗示，CHT區(qū)造血干祖細胞具有更加穩(wěn)定和特異的造血能力。

為了尋找調(diào)控造血干祖細胞發(fā)育過程中染色質(zhì)狀態(tài)變化的關(guān)鍵染色質(zhì)重塑因子，研究人員結(jié)合染色質(zhì)重塑因子在AGM區(qū)和CHT區(qū)造血干祖細胞中的表達以及基因敲低/敲除實驗，證實Smarca5通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)可接近性促進CHT區(qū)造血干祖細胞的增殖和分化。此外，通過質(zhì)譜檢測和功能性實驗驗證，研究人員發(fā)現(xiàn)核仁蛋白Nucleolin可以與Smarca5相互作用，并調(diào)控CHT區(qū)造血干祖細胞擴增/分化。進一步機制研究證明，Nucleolin有助于Smarca5介導(dǎo)的染色質(zhì)重塑，進而影響與造血干祖細胞增殖和分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子（包括：Klf1和Spi1）與基因組的結(jié)合。如Smarca5缺失影響了Spi1在bcl11ab啟動子區(qū)的結(jié)合，導(dǎo)致bcl11ab表達下調(diào), 進而造成CHT區(qū)造血干祖細胞發(fā)育缺陷。

該研究揭示了表觀遺傳調(diào)控在各造血組織中不同階段的造血干祖細胞發(fā)育的重要性。研究工作受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金以及中科院的資助。

論文鏈接

Smarca5介導(dǎo)的表觀遺傳調(diào)控促進胚胎期造血干祖細胞的發(fā)育

圖注：在產(chǎn)生和擴增/分化等不同發(fā)育階段的造血干祖細胞中，染色質(zhì)可接近性和轉(zhuǎn)錄組存在動態(tài)變化，并伴隨著染色質(zhì)重塑因子的動態(tài)表達。其中，染色質(zhì)重塑因子Smarca5通過與核仁蛋白Nucleolin相互作用，促進染色質(zhì)重塑，調(diào)控造血相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子（包括：Klf1和Spi1）與基因組結(jié)合，進而促進造血干祖細胞發(fā)育。如Smarca5缺失影響Spi1在bcl11ab啟動子區(qū)的結(jié)合，導(dǎo)致bcl11ab表達下調(diào)，進而造成CHT區(qū)造血干祖細胞發(fā)育缺陷。

來源： 動物研究所