SNORD113基因簇调控小鼠造血干细胞自我更新机制研究

Hematopoietic stem cell (HSC) homeostasis is pivotal to many physiological processes, dysregulation of which may cause hematopoietic malignancies such as leukemia. Nevertheless, systematic and intensive studies are still in need about roles of epigenetic regulators, especially small nuleolar RNAs (snoRNA) of 50~250 nt in length, in HSC homeostasis. We previously showed that the imprinted Dlk1-Dio3 locus is a key regulator of mouse HSC homeostasis. Our pilot experiments revealed that SNORD113 cluster, located within Dlk1-Dio3 region, is specifically up-regulated in long-term HSCs (LT-HSC) by performing small non-conding RNA sequencing. Further, maternal knockout of SNORD113 cluster led to decreased number of HSCs and impaired reconstitution capacity, indicating that the SNORD113 cluster is involved in regulation of mouse HSC self-renewal. In this study, we mainly focus on the roles and molecular mechanisms of SNORD113 cluster on HSC homeostasis. Exploiting ribosome profiling, RiboMethSeq etc, we will explore the underlying mechanisms how SNORD113 cluster affects rRNA modification and regulates translation, thus maintaining HSC self-renewal. Our work will demonstrate the roles and underlying epigenetic mechanisms of SNORD113 cluster on HSC self-renewal, and provide new insights into the regulation of HSC homeostasis.

造血干细胞（HSC）稳态平衡对于体内众多生理过程至关重要，稳态失衡是导致白血病等血液系统疾病的主要因素。目前关于表观遗传学因子，特别是长度约50-250 nt的小核仁RNA（snoRNA）分子，对HSC稳态的精密调控仍缺乏深入的研究。本研究组前期工作发现Dlk1-Dio3印记区域在HSC稳态调控中起到重要作用，本课题通过小片段非编码RNA测序发现该区域内SNORD113基因簇在LT-HSC中特异性高表达，敲除SNORD113导致小鼠HSC数目和异种移植能力下调，因此推测SNORD113基因簇参与调控小鼠HSC自我更新。本课题拟通过核糖体足迹测序和RiboMethSeq等技术，探索SNORD113基因簇通过影响rRNA修饰及翻译过程调控HSC稳态的机制。本研究对于揭示SNORD113基因簇调控HSC自我更新的生理意义及详细机制具有重要意义，为理解HSC稳态调控机制提供新的视角和理论基础。

哺乳动物血液系统的维持依赖于造血干细胞，这是一类具有自我更新以及多重分化潜能的成体干细胞。一方面，造血干细胞通过自我更新维持自身数量，同时不断向下游分化补充血液系统的各种成熟细胞。造血干细胞稳态平衡受到多种内源和外援调控因子的影响。一旦这种平衡被打破就会造成多种血液系统疾病。为了解血液系统发育机制以及相关疾病发生发展的机制，科研人员一直以来都在致力于研究造血干细胞相关的系统好通路、调控因子以及造血微环境的相关研究。近些年来越来越多的证据表明表观遗传学调控元件对于造血干细胞稳态平衡至关重要，snoRNA作为一种重要的非编码RNA分子，通过直接参与RNA转录后修饰，影响众多生理生化过程。本项目重点关注snoRNA对于造血干细胞的调控作用，以小鼠为模型研究SNORD113基因簇对于造血干细胞自我更新能力的影响。. 本项目主要围绕造血干祖细胞中特征性的snoRNA功能以及作用机制开展一系列研究，主要研究内容包括：明确小鼠中4种HSC种特征性snoRNA表达指纹图谱，确定snoRNA在HSC分类、鉴定中的关键作用；明确Dlk1-Dio3印记区域内SNORD113基因簇对于小鼠HSC自我更新能力的调控作用；明确SNORD113基因簇调控那个小鼠HSC自我更新的分子机制，在rRNA修饰以及蛋白翻译层面揭示SNORD113基因簇调控HSC自我更新的机制，确定自重关键信号分子及通路。本项目目前进展顺利，上述研究内容已全部完成，主要研究成果如下：.1..绘制小鼠HSPC中snoRNA表达图谱，发现SNORD113基因簇在HSC中特异性表达，敲除该区域后导致小鼠HSC自我更新能力受损；.2..敲除SNORD113基因簇后rRNA上2‘-O-Me修饰水平显著降低，核糖体翻译功能受损，一些转录本翻译水平显著降低，导致HSC功能受损及凋亡；.3..2‘-O-Me修饰水平降低导致核糖体组装异常，细胞内游离核糖体蛋白L5，L11水平升高，导致前者泛素化水平降低，从而激活p53通路引起HSC凋亡；.4..利用mTOR激活剂L-leucine增强翻译水平能够显著回复HSC自我更新能力；.综上所述，本项目系统研究了HSPC中特征性表达的snoRNA分子，并深入研究了SNORD113基因簇的功能以及作用机制，对于进一步理解HSC稳态平衡的表观遗传学机制具有重要意义。