PDK1在造血干细胞和造血微环境中的功能研究

The self-renewal and differentiation of the hematopoietic stem cell (HSC) are the basis of homeostasis for the hematopoietic system. In the HSC regulatory network, PTEN-AKT signaling pathway plays essential roles in regulating and maintaining hematopoietic homeostasis. PDK1 and mTORC2 phosphorylate T308 and S473 of Akt and regulate its activity respectively. Our previous studies showed that inhibition of mTORC2-AKT(S473) signaling did not affect reconstitution ability of adult HSCs. However, the role of PDK1-Akt(T308) signaling in HSCs is still not clear. Thus, elucidation the effect of PDK1-Akt (T308) signaling pathway in HSC and bone marrow niche will help us to understand how HSC is regulated by itself and its microenvironment, and thus to better maintain the homeostasis of blood system. Here in this proposal, we will 1) to utilize Vav1-cre mice to specifically delete PDK1 in hematopoietic system, and to delineate the functional roles of PDK1 in HSCs and homeostasis in hematopoiesis; 2) to use specific Cre-mice to delete PDK1 of different niche components, and to explore the effects of PDK1 in bone MSC cells, endothelial cells and osteo-cells on HSC hematopoiesis. 3) to clearly define the mechanism of HSC homeostasis maintenance via mapping out the role(s) of PDK1 as a whole in HSCs and their residing niche.

造血干细胞(HSC)自我更新和分化是造血系统稳态的基础。Pten-Akt信号通路对造血稳态的调节发挥着重要作用。PDK1和mTORC2分别对Akt的T308和S473位点磷酸化，调节Akt活性。我们前期研究发现，抑制mTORC2-Akt（S473）信号通路并不损害成体造血干细胞造血重建能力。而PDK1-Akt（T308）对造血的调控作用尚不清楚。因此，阐明PDK1-Akt（T308）在HSC和骨髓微环境变化中的作用将有助于对HSC自身及外在调节机制的认识，更好地维护造血系统平衡。我们将 1）利用血液系统特异敲除PDK1小鼠研究PDK1缺失在HSC功能和造血平衡的作用；2）利用不同Cre工具鼠，特异敲除骨髓微环境不同组分细胞中的PDK1，研究其在骨髓基质系统，血液内皮系统以及骨组织环境中对HSC功能的影响；3）通过研究PDK1对造血的整体（HSC和造血微环境）的调控机理，阐明HSC稳态机制。

本项目利用PDK1条件敲除的小鼠模型、体内移植实验、基因芯片技术等对造血干细胞发育过程及其机制进行了深入的研究。主要取得以下几方面的进展：1)利用VEC-Cre, Vav-Cre工具小鼠和PDK1fl/fl 基因修饰小鼠成功获得内皮以及造血系统特异性敲除PDK1的小鼠模型。2）我们的研究表明在内皮细胞中特异敲除PDK1，导致具有向造血转化能力的内皮细胞群比例降低，阻碍了造血干细胞的发生，损害了造血干细胞重建造血的能力。3）PDK1在胎肝期造血发挥着重要的作用，PDK1缺失严重影响了HSC的细胞稳态，进而使其HSC生长能力受损，影响了小鼠的稳态造血。.本次研究揭示了从胚胎期到成体期造血发育过程中，PDK1影响了造血干细胞在AGM的发生，在胎肝区的成熟及扩增。直至迁移定居到骨髓，PDK1缺失导致造血干细胞重建造血能力的受损。造血干细胞特化的信号通路、转录因子调控网络精密调控造血干细胞生物学功能。这些“特征基因”对于识别造血干细胞的特化过程，而且对于指导体外再生，都具有非常重要的指导意义，明确造血干细胞发生发育过程中信号网络的调控对造血干细胞体外再生以及应用将提供坚实的理论学基础。