DDRGK1在造血干细胞稳态维持和衰老中的作用

Stem cell have shown enormous potential in the area of tissue regeneration and anti-aging. However, lack of understanding for the mechanism of stem cell function regulation under pathological or aging state , which limit the clinical application of stem cell. The latest study found that human hematopoietic stem cell (HSC) is very sensitive to drug-induced endoplasmic reticulum stress (ER stress), but the exact mechanism is unclear. DDRGK1, as a newly found endoplasmic reticulum protein, can protect cell from apoptosis when the ER stress response occurs. Our preliminary data suggest that mice HSC is very sensitive to ER stress induced apoptosis. Meanwhile, knocking down DDRGK1 can induce ER stress response, and significantly decrease mice HSC hematopoietic reconstitution capacity. To further investigate the role of DDRGK1 in HSC function and senescence，We generated a DDRGK1 conditional knockout (KO) mice by CRISPR-Cas9 mediated genome modification technology. Through generating the hematopoietic system-specific DDRGK1 KO mice , as well as DDRGK1 and CHOP double KO mice , to elucidate the molecular mechanism of endoplasmic reticulum stress response in the HSC, which will promote stem cell aging research and provide theoretical and experimental basis to clinical application.

干细胞在组织再生及对抗衰老中具有巨大的应用前景，然而，对病理或衰老状态下干细胞功能的调控机理缺乏深入了解，限制了干细胞的临床应用。最新研究发现人类造血干细胞（HSC）对药物诱导的内质网应激非常敏感，但是其具体机制还不清楚。DDRGK1作为新发现的内质网蛋白，在内质网应激反应发生时，能够保护细胞免于凋亡。我们前期数据表明小鼠HSC对内质网应激诱导的细胞凋亡非常敏感，基因沉默DDRGK1能够诱导内质网应激反应，显著降低了小鼠HSC的造血重建能力。为进一步研究DDRGK1在HSC功能及衰老中的作用，我们通过CRISPR-Cas9介导的基因组靶向修饰技术构建了DDRGK1条件敲除小鼠。通过建立造血系统特异的DDRGK1敲除小鼠，以及DDRGK1和CHOP双基因敲除小鼠，阐明HSC应对内质网应激的分子机制，为推进干细胞衰老研究及其在临床的应用提供理论和实验依据。

造血干细胞移植是临床医学应用中的一个重要治疗手段，对造血干细胞在应激及衰老状态下调控机理的研究,有助于其在临床实践中的应用。近期研究发现，造血干细胞对内质网应激非常敏感，但是其具体机制还不清楚, DDRGK1作为新发现的内质网蛋白，其在内质网应激反应中的生理功能及作用机制有待进一步探索。我们的前期研究发现,基因沉默DDRGK1能够诱导内质网应激反应，显著降低了小鼠HSC的造血重建能力。以此为基础，我们进一步研究DDRGK1如何影响HSC的造血重建能力并探索DDRGK1影响HSC功能的分子机制和关键分子靶点。我们通过病毒感染、干细胞移植实验，建立造血干细胞DDRGK1缺失的小鼠模型，首次发现DDRGK1缺失能够影响HSC的造血重建能力、调控HSC的细胞凋亡；深入研究发现DDRGK1缺失能够抑制内质网跨膜蛋白IRE1的蛋白稳定性，进而抑制IRE1-Xbp1促细胞存活的信号通路，激活PERK-eIF2-CHOP促细胞凋亡的信号通路。在细胞水平，我们也验证了DDRGK1在内质网稳态维持中的重要作用，深入研究发现DDRGK1通过自身Ufmylation修饰调节内质网跨膜蛋白IRE1的蛋白稳定性，在内质网应激诱导的细胞凋亡过程中扮演着重要的角色。本项目以内质网蛋白DDRGK1为切入点，将内质网应激与造血干细胞功能调控结合起来，预期的结果不但有助于全面了解DDRGK1通过内质网应激反应在HSC稳态维持和应激中的作用及分子机制，而且为推进再生医学的发展及HSC在临床的应用提供理论和实验依据。