表观遗传调控因子Uhrf1在造血干细胞中的功能研究

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在造血系统中,造血干细胞负责产生所有的血细胞。造血干细胞对自我更新和分化能力的调控对维持整个造血系统的发育和稳态具有极其重要的作用。造血干细胞对自我更新和分化的调控通过调控细胞分裂模式来实现。根据分裂之后产生的子代细胞类型的不同,可以将造血干细胞的分裂模式分为:对称的自我更新的分裂(产生两个相同的干细胞)、不对称的分裂(产生一个干细胞和一个分化的子代细胞)和对称的分化分裂(产生两个相同的分化的子代细胞)。调控细胞分裂的分子机制一直以来是发育生物学以及干细胞生物学研究的热点。尽管科学家已经揭示了一些转录因子在调节造血干细胞分裂模式的作用,但表观遗传和分裂模式调控之间的关系尚不明确。  Uhrf1是一个表观遗传调控因子,其通过招募甲基转移酶Dnmt1来实现对DNA甲基化的维持,在胚胎发育和肿瘤的发生发展过程中扮演重要的作用。我们的研究发现表观遗传调控因子Uhrf1对造血系统的发育和维持是必需的。在胚胎时期的小鼠的造血血统特异性敲除Uhrf1造成造血干细胞库耗竭,机体造血失败最终造成小鼠围产期的死亡。Uhrf1缺失的造血干细胞虽然具有正常的生存和增殖能力,但由于进行以牺牲自我更新能力为代价的分化因而很快耗竭了造血干细胞库。细胞分裂模式的分析表明Uhrf1的缺失造成造血干细胞更多地进行对称的分化分裂,而减少了进行能够增加干细胞数目的对称的自我更新新的分裂,从而不能建立造血干细胞库。对其下游分化的子代前体细胞进行分析发现Uhrf1缺失的造血干细胞的分化有明显的红系偏好性。RNA-seq和BS-seq分析表明Uhrf1缺失的造血干细胞不能维持红系相关基因的甲基化模式,提前表达了红系相关基因,进而更多的进行了以牺牲自我更新能力为代价的红系偏好性的对称分化模式。在小鼠成体时期的造血系统中敲除Uhrf1同样造成这样的结果,表明Uhrf1控制的这种生理功能维持成体造血系统的稳态。除此之外,在造血干细胞中过表达红系分化的转录因子Gata1也造成造血干细胞进行更多的对称的分化分裂模式,进而耗竭了造血干细胞。综上所述,我们的研究揭示了Uhrf1以表观遗传的形式调节造血干细胞的分裂模式,继而控制造血干细胞的自我更新和分化,从而维持造血系统的正常发育和稳态。我们的研究增进了人们对表观遗传和细胞分裂模式关系的认识。
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