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《Blood》封面焦点文章|程涛团队联合余佳团队首次全面描绘造血谱系RNA编辑图谱并发现调控造血干细胞分化的关键RNA编辑事件
作者: 时间:2021-12-03 微信分享:
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  RNA编辑事件普遍存在于生物体内,是遗传信息传递过程中重要的转录后调控方式之一,主要由RNA编辑酶ADAR家族成员所介导。在造血系统中主要发挥功能的RNA编辑酶是ADAR1。ADAR1敲除的小鼠,由于红系发育基因缺少RNA编辑,胎肝发育停滞,胚胎于13.5天死亡【1】。另外,早在2009年,协和血研所程涛教授和匹兹堡大学王庆德教授合作发现在小鼠的成体造血分化过程中,ADAR1在造血祖细胞中表达丰度最高 。ADAR1敲除后,由于缺少RNA编辑,HPC凋亡明显增加,增殖分化障碍,体外集落形成能力明显下降,重建造血功能障碍。造血干细胞比例相对升高,祖细胞数量显著减少【2】。同时,他们还发现ADAR1的缺失引起早期T细胞发育障碍【3】。但是目前关于RNA编辑如何调控造血分化的机制仍不明确。

        2021年1118日,中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)程涛团队联合中国医学科学院基础医学研究所余佳团队在Blood杂志第138卷第20期以封面标题论著刊登题为“Comprehensive RNA editome reveals that edited Azin1 partners with DDX1 to enable hematopoietic stem cell differentiation”的研究论文。该研究首次描绘了造血分化层级的RNA编辑图谱,并从中鉴定了调控造血干细胞分化的关键编辑事件。同期加州大学教授、血液肿瘤学家Catriona Jamieson对我们的工作进行了述评Upping the Antizyme: AZIN1 Directs Stem Cell Fate,认为我们的工作发现了AZIN1这一新的造血干细胞功能调控因子,并为开发RNA编辑介导造血干细胞扩增奠定了基础。


        作者首先利用流式分选了各类造血干祖细胞以及成熟髓系细胞,通过深度RNA-sequencing和全基因组DNA-sequencing,共鉴定出30,796个RNA编辑位点,PCR验证阳性率为89%。作者对造血细胞RNA编辑图谱进行了系统的描绘,发现在造血细胞中RNA编辑整体水平没有太大差异,但在造血干细胞、祖细胞及成熟细胞中发现群体特异性的编辑事件,也鉴定出谱系分化各阶段特异性的编辑事件。作者进一步对这些编辑事件进行基因表达相关性分析及功能预测,发现造血细胞RNA编辑可能会影响miRNA结合、RNA稳定性、RNA结构及翻译等分子事件,体现其对造血细胞基因表达调控的复杂性。通过对造血干细胞特异的编辑位点进行分析,作者筛选出5个功能编辑位点,并选取Azin1(抗酶抑制因子1)进行深入的功能和机制研究。作者首先构建了Azin1的三种过表达载体:编辑位点的野生型(AGC)和编辑位点的100%编辑型(GGC)以及编辑位点突变的非编辑型(TCC)。与野生型相比(Azin1-A)相比,完全编辑组(Azin1-G)有更好的造血重建能力,非编辑组(Azin1-TC)重建能力最弱。通过体内外功能实验发现Azin1的RNA编辑缺少时,造血系统不能维持正常的分化模式,表现为造血干细胞分化阻滞,数量过量堆积,造成造血祖细胞逐渐耗竭,不能继续维持造血稳态,最终使得重建效率下降。

        机制上,通过Co-IP 、蛋白质谱及免疫荧光等分析发现在造血细胞中RNA编辑引起了AZI(Azin1蛋白)核定位改变,并影响了与之结合的蛋白的功能。Azin1缺乏RNA编辑时,AZI蛋白主要存在于细胞质中,不能有效的与下游蛋白结合 。Azin1被RNA编辑后,AZI蛋白可以由胞质入核,与DDX1等一系列蛋白在胞核内有更强的结合力。作者进一步通过转录组测序以及DDX1-ChIP-seq和AZI-ChIP-PCR分析发现,ADAR1-AZI-DDX1协同调控Plaur等造血相关基因的转录激活维持造血干细胞正常分化(如下图所示)


        该研究丰富了哺乳动物RNA编辑数据库,为后续研究者提供了宝贵资源,也为疾病研究奠定了基础。

        该研究工作受到科技部重点研发计划(2016YFA0100600, 2017YFA0103400, 2020YFE0203000),国家自然科学基金委(81421002, 81922002, 81890990, 81730006, 81861148029, 81870086, 81670106, 81530007, 31725013, 31771444, 81970101),中国医学科学院创新工程((2017-I2M-3-009, 2016-I2M-1-017, 2017-I2M-1-015, 2019-I2M-2-001)等基金资助。中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所)程涛教授、程辉研究员,以及基础医学研究所的余佳教授、马艳妮研究员是本文的通讯作者。中国医学科学院血液病医院王凤娇博士,基础所何家驩博士和刘思琪博士为本文的共同第一作者。北京大学李川昀研究员为本文RNA编辑事件的鉴定提供生物信息学指导。
 

原文链接:https://doi.org/10.1182/blood.2021011314 

参考文献

1. Liddicoat BJ, Piskol R, Chalk AM, et al. RNA editing by ADAR1 prevents MDA5 sensing of endogenous dsRNA as nonself. Science. 2015;349(6252):1115-1120.

2. XuFeng R, Boyer MJ, Shen H, et al. ADAR1 is required for hematopoietic progenitor cell survival via RNA editing. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(42):17763-17768.

3. XuFeng R, Nie DB, Yang Q, et al. RNA editing enzyme ADAR1 is required for early T cell development. Blood Science. 2020; 2(1):27-32.

基础医学研究所供稿

原文链接:http://sbm.pumc.edu.cn/article/16144