斑马鱼揭示先天性再生障碍性贫血的致病机理
正常的核糖体生物合成对于细胞的生存、增殖及功能至关重要,核糖体生物合成功能失常与很多疾病有关,著名的有Diamond–Blackfan贫血(DBA)、5q-综合症(5q minus (del (5q−)) syndrome)、先天性角化不良(Dyskeratosis Congenita)和Bowen-Conradi综合症等。这些疾病都含有影响核糖体生物合成的遗传突变,也具有一些相同的临床特征,因此被统称为核糖体病变(ribosomopathies)。
脊椎动物造血是一个包括造血干细胞(HSC)分化成各种谱系血细胞的进化上保守的和受高度调控的过程。斑马鱼是一类强大的研究脊椎动物循环系统的遗传和发育研究模型,尤其是研究造血功能方面,斑马鱼的造血功能与哺乳动物高度保守。其造血系统位于受精后28小时的斑马鱼腹侧壁背主动脉的一个称为主动脉 - 性腺 - 中肾(AGM)的结构中。受精后2天,AGM驱使的造血干细胞会移植到尾椎造血组织(CHT)中,这是一个类似于哺乳动物的胎肝的胚胎结构。下图为正常的野生型斑马鱼(WT)与斑马鱼突变体cas002(Mutantcas002)间的表型对比图(KM,肾脏骨髓;T,胸腺)。
研究人员通过采用遗传作图、分子克隆等方法确定斑马鱼突变体cas002的特征,揭示出了在HSPCs的调控中,核糖体功能失常与过度自噬之间的一种新联系。cas002携带着一个隐性致死突变基因kri1l,而kri1l负责编码rRNA小亚基加工体的一个关键组件。他们证实,Kri1l是核糖体的正常生物合成、HSPCs扩增及谱系分化的必要条件。通过活体成像和生物化学研究,他们发现缺失Kri1l可导致HSPCs中错误折叠蛋白累积,及过度的PERK激活依赖性的自噬。采用自噬抑制剂(3-MA和Baf A1)或PERK抑制剂(GSK2656157)处理,或是抑制beclin1或perk均可显著恢复HSPC增殖及造血细胞分化。下图为Kri1l功能紊乱后的作用原理以及治疗方法。
作者指出,这些研究结果可能会促进一些有效的疗法的进步,使核糖体障碍罹患贫血和骨髓衰竭的患者受益。
原文标题:Mutation of kri1l causes definitive hematopoiesis failure via PERK-dependent excessive autophagy induction
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