生命学院团队为治疗血液血管系统疾病提供新思

日期:2019-11-21编辑作者:港澳台招生

  据悉,李雷博士为论文第一作者,其他作者包括陈迪、李嘉、王小静、王楠、徐承启。这是10月3日,Cardio-X团队王擎、程翔、凃欣、聂少芳等发现白细胞介素33(interleukin-33,IL-33)信号途径参与冠心病发生发展的遗传学机制后,该团队近期的另一重要发现。

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,随后迁移至胎肝或者尾部造血组织进行扩增和分化,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或者肾髓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。

  血液和血管系统在人类及其它脊椎动物胚胎发育过程中有着重要作用,如果异常发育、功能异常会导致白血病、贫血症、毛细血管畸形、静脉畸形或曲张、淋巴癌等疾病。近日,我校一研究结果为目前以干细胞治疗为特色的再生医学治疗血液血管系统疾病提供了新思路。

m6A修饰调控哺乳动物造血干细胞发育模式图

  11月25日,心血管领域的国际权威期刊《血液》在线发表生命学院Cardio-X科研团队的研究成果。这支由王擎教授领衔的团队发现了在血液和血管系统形成过程中起决定作用的最上游基因。

论文链接

  Cardio-X团队十几年来致力于研究KTS综合征相关基因AGGF1的功能与生理作用。最近,团队通过应用分子生物学及发育生物学等研究方法,以斑马鱼为模式生物,发现AGGF1基因在血液血管系统的发育过程中起着非常重要的作用。研究人员认为,AGGF1是目前已知的控制血液血管母细胞发育的最上游的调控因子,控制着中胚层分化为血液血管母细胞的关键信号通路。这为血液血管系统发育异常疾病的干细胞治疗提供了新的分子靶点。

图片 1

  脊椎动物胚胎发育期血液与血管系统的发育同时追溯至来自中胚层的血液血管母细胞。血液血管母细胞是类似与干细胞的多潜能细胞,在复杂而精细的分子信号网络的调控下,最终分化为血管系统的动脉血管、静脉血管、淋巴血管。血液血管母细胞同时通过调控造血干细胞的形成等途径分化为造血系统的红细胞、髓系细胞和淋巴细胞。目前,科学家对调控血液血管母细胞及造血干细胞发育的分子机制研究的并不是十分清楚。对调控拥有多潜能性的血液血管母细胞,以及造血干细胞发育关键基因的发现将有助于通过干细胞治疗的方式治疗血液血管系统疾病。

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。

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。

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,Notch1 mRNA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Notch1 mRNA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。

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。

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。

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