動物所等揭示m6A修飾調控哺乳動物造血干細胞發育的機制

　　血液，猶如生命的“河流”，靜靜地在生物體內流淌，哺育著每一個“細胞”。然而，成體血液的再生與再造，一直是臨床惡性血液疾病治療過程中難以攻克的瓶頸。作為脊椎動物血液的源泉，具有自我更新和多系分化潛能的造血干細胞的體外誘導和擴增，一直是組織器官再造的前沿課題，更是眾多惡性血液疾病患者的希望。由于對血液發生復雜調控網絡了解的局限性，目前尚未建立成功可行的方案。

　　脊椎動物的造血過程分為兩個階段：初級造血和次級造血。其中，造血干細胞產生于次級造血過程。在胚胎期的主動脈-性腺-中腎（AGM）區域，造血干細胞由特化的生血內皮細胞通過內皮-造血轉化過程產生，隨后遷移至胎肝（人和小鼠）或者尾部造血組織（斑馬魚）進行擴增和分化，部分前體細胞遷移至胸腺，分化成淋巴細胞。最后，造血干細胞遷移至骨髓（人和小鼠）或者腎髓（斑馬魚）維持機體終身造血過程。迄今為止，在造血干細胞產生及分化過程中，已發現諸多信號通路和轉錄因子具有關鍵的調控作用。然而，對于表觀遺傳修飾，尤其是RNA甲基化，調控血液發生的研究卻極其有限。

　　此前，中國科學院動物研究所劉峰實驗室與中科院北京基因組研究所楊運桂實驗室合作，發現mRNA的m6A修飾調控斑馬魚造血干細胞的命運決定。在此基礎上，劉峰實驗室與中科院院士周琪、李偉實驗室、楊運桂實驗室繼續合作，利用條件性敲除系統，進一步揭示m6A在小鼠造血干細胞發育過程中的生物學功能，并深入探索其作用機制。

　　首先，利用Vec-Cre在血管內皮細胞中特異性敲除m6A甲基轉移酶復合體重要組分Mettl3，發現血管內皮細胞中的m6A水平顯著降低。系統的表型分析結果顯示，在內皮細胞特異性敲除Mettl3的小鼠胚胎里，造血干細胞的命運決定受到影響，血管動脈內皮特性增強。但在血細胞中特異性敲除Mettl3，并不影響造血干細胞的產生。其次，通過RNA-seq分析發現，在內皮細胞特異性敲除Mettl3的小鼠AGM組織中，Notch信號通路被過度激活，其中，以Notch1為代表的動脈內皮相關基因的表達量顯著上調。同時，m6A-RIP-qPCR結果表明，Notch1 mRNA的m6A富集程度顯著降低。上述結果說明，血管內皮細胞m6A修飾的缺失，影響了Notch1在造血干細胞命運決定過程中的動態平衡。此外，結合已報道的測序數據分析發現，m6A修飾識別蛋白Ythdf2的結合區段與Notch1 mRNA上發生m6A修飾的區段有重疊，這預示m6A修飾調控Notch1 mRNA可能是通過Ythdf2介導的。

　　該項工作進一步證明了m6A修飾在脊椎動物造血干細胞發育過程中的關鍵作用，不僅將前期在斑馬魚中發現的生物學規律推廣到更高等的哺乳動物，也是對造血干細胞產生分子機制的完善與補充。同時，該成果將為血液器官再造提供理論支持，并推動體外誘導產生造血干細胞這一科學前沿的發展。相關研究成果以Endothelial-specific m6A modulates mouse hematopoietic stem and progenitor cell development via Notch signaling為題，在線發表在Cell Research上。

　　研究工作得到了中科院干細胞與再生醫學戰略性先導科技專項、國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金重點項目以及國家重點基礎研究發展計劃的資助。

m6A修飾調控哺乳動物造血干細胞發育模式圖