Sdpr对小鼠造血干细胞功能的影响及分子机制

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背景造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)具有自我更新能力并能分化为机体所需的各种血细胞,不仅具有重建造血和免疫系统的功能,而且可以跨系统向肝脏细胞、心肌细胞等方向分化,对于多种组织器官的维持、再生有着重要作用。血清剥夺反应因子(Serumdeprivation-responseprotein,SDPR),为胞膜窖调节蛋白家族成员,参与胞膜窖形成和发生。胞膜窖是信号转导的关键节点,SDPR可能与胞膜窖蛋白复合体相互结合,参与调节造血干细胞不同命运的信号通路。目的建立Sdpr基因敲除小鼠及Sdpr转基因小鼠模型,研究Sdpr对造血干细胞功能的调节作用和调控机制。方法利用CRISPR/Cas9技术和过表达载体建立了Sdpr基因敲除小鼠和Sdpr转基因小鼠模型,并对模型进行了基本表型分析。利用流式分析检测Sdpr对小鼠造血干细胞分化的影响。通过体外单细胞克隆实验,分析了造血干细胞的增殖及分化潜能。通过竞争性骨髓移植和连续移植实验,Sdpr对小鼠造血干细胞造血重建的影响。利用反向移植研究Sdpr对小鼠造血干细胞骨髓微环境的影响。利用流式分析检测Sdpr敲除小鼠和转基因小鼠造血干细胞细胞周期、凋亡、衰老和活性氧水平。利用转录组测序、CBA和相关分子表达检测了Sdpr影响造血干细胞自我更新、分化、凋亡和衰老的信号通路。同时研究了在辐射应激状态下,Sdpr对造血干细胞凋亡、增殖和再生的影响。结果建立了Sdpr敲除小鼠和Sdpr转基因小鼠模型。模型基本表型分析显示Sdpr敲除小鼠多种组织有炎症细胞浸润,脾脏和肝脏中出现髓外造血,且在中老年时期Sdpr敲除小鼠体重增加。Sdpr基因影响小鼠免疫细胞的比例和T、B细胞的发育。Sdpr影响造血干细胞的分化方向。Sdpr缺失导致LT-HSCs分化能力降低,过表达导致克隆形成能力降低。Sdpr缺失造成造血干细胞自我更新能力减低,且Sdpr对造血干细胞的作用与微环境有关。Sdpr敲除小鼠对辐射和5-氟尿嘧啶刺激敏感,过表达Sdpr在一定程度上能缓解造血干细胞的辐射损伤。结论敲除Sdpr会增加ROS的累积,激活了 ROS-p38MAPK通路,破坏造血干细胞的静息状态,激活更多的细胞进入增殖,使细胞凋亡增加,引起造血干细胞功能的损伤,最终会导致造血干细胞的耗竭。Sdpr过表达之后激活了 caveolin-1-p53-p21通路,诱导造血干细胞衰老,使小鼠造血干细胞功能下降。
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