Cell Stem Cell | 张好建团队揭示IGF2BP2在造血干细胞功能稳态中的重要作用

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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 【1-5】 。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。

2021年10月21日，武汉大学免疫与代谢前沿科学中心/医学研究院/口腔医学院张好建教授团队在Cell Stem Cell 杂志在线发表了题为  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细胞、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，并解析了其中潜在的机理；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。

研究人员首先建立了高灵敏性的少量细胞m⁶A测序方法SLIM-seq （super-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-HSC中m⁶A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，研究人员发现LT-HSC中Bmi1是Igf2bp2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的损耗。

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/医学研究院博士生印容、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 Cell（2021；2020） 、Blood（2021）等发表多篇文章。 实验室长期招聘博士后 ，欢迎感兴趣的青年人才加盟。

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原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.09.014

制版人：十一

参考文献

1. Zhang, C., et al., m(6)A modulates haematopoietic stem and progenitor cell specification. Nature, 2017. 549(7671): p. 273-276.

2. Wang, J., et al., Leukemogenic Chromatin Alterations Promote AML Leukemia Stem Cells via a KDM4C-ALKBH5-AXL Signaling Axis. Cell Stem Cell, 2020. 27(1): p. 81-97 e8.

3. Gao, Y., et al., m(6)A Modification Prevents Formation of Endogenous Double-Stranded RNAs and Deleterious Innate Immune Responses during Hematopoietic Development. Immunity, 2020. 52(6): p. 1007-1021 e8.

4. Li, Z., et al., FTO Plays an Oncogenic Role in Acute Myeloid Leukemia as a N(6)-Methyladenosine RNA Demethylase. Cancer Cell, 2017. 31(1): p. 127-141.

5. Vu, L.P., et al., The N(6)-methyladenosine (m(6)A)-forming enzyme METTL3 controls myeloid differentiation of normal hematopoietic and leukemia cells. Nat Med, 2017. 23(11): p. 1369-1376.

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