ETS转录因子Fev及血液流动调控斑马鱼造血干细胞发育的分子机理

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造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)是一群具有自我更新及分化能力的多功能前体细胞,是成体脊椎动物血细胞的原始祖细胞。其发育过程受到多种转录因子、信号通路以及细胞外微环境因素等精密的调控,任何调控失衡都将导致严重的发育缺陷或者重大疾病。深入系统地研究造血干细胞发育过程中的关键调控因素,对于充分理解造血过程的分子机制,完善调控网络以及治疗相关疾病具有重大意义。本文以斑马鱼为模式动物,从ETS转录因子Fev及血液循环入手,分别研究两者在斑马鱼造血干细胞发育过程的潜在作用及分子机制。  本研究发现,在斑马鱼胚胎中敲低fev基因的表达会特异性地导致次级造血标记基因runx1和cmyb表达降低,造血干细胞及胸腺内T细胞数量减少,次级造血发育出现严重缺陷。进一步分析发现,敲低fev会影响主动脉分化发育及生血内皮的产生。遗传学分析显示,下调fev影响ERK信号通路,其中erk2表达显著下降。分子生物学实验表明,Fev可以直接结合在erk2启动子序列并调控其表达,然后通过ERK信号通路影响造血干细胞发育。移植实验的结果显示Fev对造血干细胞发育的影响是通过细胞自主性方式进行的。  之前研究表明血液循环对造血干细胞发育有重要影响,但具体分子机制尚不清楚。本论文利用斑马鱼血液流动缺陷突变体胚胎,研究遗传因素与血液动力因素在造血干细胞发育过程中的作用,发现血液流动对造血干细胞产生没有影响,却对其维持有重要作用。同时对主动脉成熟过程有重要调控。进一步对其机制的研究表明,敲低klf2a导致的血管及造血干细胞缺陷表型与血液流动缺失胚胎中的表型类似,而过表达klf2a可以挽救血流缺失导致的造血干细胞及血管缺陷表型,证明Klf2a是介导血液流动与血管血液发育的关键因子。染色质免疫共沉淀(ChIP)实验证明Klf2a通过结合在一氧化氮合酶基因nos1及nos2b的启动子区域直接调控其表达,进而调节体内NO含量,达到控制动/静脉成熟以及影响造血干细胞发育的目的。  本研究首次揭示了Fev是斑马鱼次级造血过程中的重要调控因子及血液循环影响造血干细胞发育的分子机制,为脊椎动物次级造血调控提供了新的机制,丰富了造血干细胞调控网络。
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