北京基因组所（国家生物信息中心）相助揭示胞质内多聚腺苷酸化调控造血干祖细胞发育机制
在脊椎动物胚胎发育历程中，次级造血(definitive hematopoiesis)历程可以爆发造血干祖细胞(hematopoietic stem and progenitor cell, HSPC),而HSPC具有爆发所有谱系的血细胞和维持机体终生血液系统的能力 。在次级造血时期，哺乳动物主动脉-性腺-中肾区或斑马鱼背主动脉腹侧壁区域中的一部分内皮细胞接受细胞内、外信号，获得造血潜能，成为生血内皮细胞 。这些生血内皮细胞逐渐改变自身形态，由扁平变为球形，并从背主动脉脱离出来最终转变为HSPC 。可是，这些内皮细胞如何被精确调控以进行内皮-造血的命运转变仍未完全探究清楚 。
近日，球速体育（国家生物信息中心）杨运桂研究组和球速体育动物研究所刘峰研究组相助在PNAS杂志上宣布了题为 “Cpeb1b-mediated cytoplasmic polyadenylation of shha mRNA modulates zebrafish definitive hematopoiesis” 的研究论文，揭示了胞质多聚腺苷酸化调控斑马鱼HSPC发育的机制 。
研究团队发明，斑马鱼胚胎发育历程中cpeb1b在脊索区域高表达，双荧光原位杂交显示其与脊索特异性表达基因shha具有共定位 。随后一系列表型剖析实验显示Cpeb1b缺失导致次级造血历程中HSPC的爆发减少，并且HSPC减少是由生血内皮细胞特化缺陷导致 。为了进一步研究Cpeb1b的造血调控机制，团队收集了差别发育时期的野生型和cpeb1b突变体胚胎进行RNA-seq剖析 。GO (gene ontology)剖析显示，在Cpeb1b缺陷胚胎中，已知加入HSPC发育调控的要害信号通路Hedgehog爆发了下调 。结合后续生化剖析，证实了Cpeb1b缺陷导致Hedgehog通路活性抑制，并进一步导致Hedgehog-Vegf-Notch 信号轴下调，最终造成HSPC的爆发减少 。
团队进一步通过组学及生化实验研究该表型的分子机制 。RNA immunoprecipitation (RIP)-seq和RIP-qPCR实验结果显示，Cpeb1b结合Hedgehog通路要害配体shha的mRNA 。序列剖析显示，shha mRNA的3' UTR含有经典的CPE motif 。通过凝胶电泳阻滞试验(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)及体外/体内的CPE motif探针pull-down实验发明，Cpeb1b能结合野生型CPE motif探针而非motif序列突变的探针，证明了Cpeb1b与shha mRNA的特异性相互作用依赖于CPE motif 。
通过视察荧光标记的Cpeb1b、shha mRNA和非典范poly(A)聚合酶Tent2亚细胞定位发明，这些分子配合形成胞质内的凝聚物，并且差别凝聚物可以爆发融合 。光漂白恢复(fluorescence recovery after photobleaching, FRAP)实验显示，这些凝聚物中的分子可以扩散并与周围的溶液进行交换，进一步证明了凝聚物的类液体特性，团队因此推测此凝聚物由液-液相疏散(liquid-liquid phase separation, LLPS)爆发 。后续剖析发明，虽然Cpeb1b自身无法爆发相疏散，但此凝聚物中含有能爆发相疏散的Pabpc1b卵白，Cpeb1b可以通过增进Pabpc1b卵白相疏散来形成大宗凝聚物 。然而，此凝聚现象的具体作用和详细分子机制另有待进一步剖析 。
团队提取了细胞质RNA作为质料并通过PAT (PCR poly(A) test)实验探究Cpeb1b是否调控早期发育历程中胞质内shha mRNA的多聚腺苷酸化 。结果显示与野生型相比，cpeb1b突变体中shha mRNA的poly(A)长度明显更短；作为比照的非Cpeb1b靶标rps18 mRNA的poly(A)长度在野生型和突变体组之间没有差别 。由此证明，Cpeb1b加入调控shha mRNA的胞质多聚腺苷酸化 。通过核糖体图谱剖析(ribosome profiling)发明，与野生型相比，cpeb1b突变体中shha mRNA的翻译效率更低 。卵白印迹剖析显示cpeb1b突变体中Shha卵白水平也泛起下降 。因此，Cpeb1b通过多聚腺苷酸化来调控shha mRNA的翻译效率 。
综上所述，该研究发明在斑马鱼早期胚胎发育历程中，Cpeb1b介导的shha mRNA胞质多聚腺苷酸化能增强其翻译效率，从而提高Shha卵白水平 。Shha卵白通过激活Hedgehog-Vegf-Notch信号轴来增进生血内皮细胞的特化，进而维持正常的HSPC爆发历程 。这些发明为解析信号通路如何被精确调控并指导内皮细胞进行内皮-造血的命运转变提供新的线索 。
该研究获得了基金委，科技部和中科院先导等项目资助 。
Cpeb1b介导的shha mRNA胞质多聚腺苷酸化调控斑马鱼HSPC发育的机制示意图
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