miR-144/451在正常和应激造血中的作用研究

MicroRNAs (miRNAs) are small noncoding RNAs that regulate the expression of specific target genes and play important roles in hematopoiesis. miR-144 and miR-451 are encoded in a bi-cistronic gene locus that is activated by the transcription factor GATA-1 and are the most abundantly expressed miRNAs in mature red blood cells. We knocked out miR-144/451 and found that erythroid cells from miR-144/451-/- mice exhibit reduced anti-oxidative response and enhanced susceptibility to oxidative stress. Our new preliminary data indicates that miR-144/451-/- mice exhibit increased erythroid apoptosis, maturation block, and increased biogenesis of mitochondria and oxidative phosphorylation. This proposal describes plans for more extensive study on the role of miR-144/451 in erythropoiesis. We will focus on miR-144/451 knockout mice we generated as an in vivo model and utilize in vitro systems including fetal liver-derived hematopoietic stem cell culture to examine whether miR-144/451 regulates erythroid survival, maturation, biogenesis of mitochondria and oxidative phosphorylation by targeting Cab39, Ywhaz, Myc，Rac1 and related developmental pathways under both baseline and stress conditions. Our goal is to map the molecular pathways through which miR-144/451 regulates normal erythropoiesis and to determine their relevance for human disease conditions such as acute hemolytic anemia, toxic side effect of cancer chemotherapy and acute blood loss.

miRNAs是一类小分子非编码RNA，可以调控特定靶基因表达，在造血过程中起重要作用。miR-144/451是一个受转录因子GATA-1调控的双顺反子位点，是目前发现的成熟红细胞中表达最高的miRNAs。我们敲除该位点后发现，小鼠红细胞的抗氧化能力明显下降。我们最近发现miR-144/451敲除鼠还出现幼红细胞凋亡增加，成熟受阻和线粒体生物合成异常等其它造血功能障碍。本课题计划利用miR-144/451敲除鼠作为体内模型，给合胚胎造血干细胞培养等体外系统，确定miR-144/451是否通过抑制其靶基因Cab39、Ywhaz、Myc、Rac1及相关发育途径调节正常和应激造血时红细胞存活、分化、线粒体生物合成和氧化磷酸化功能，旨在找出调节红系生成新途径并确定它们与人类病理状态（急性溶血性贫血、肿瘤化疗毒副作用、急性失血）的相关性，为红系疾病治疗新靶点提供理论依据。

miRNAs 是一类小分子非编码RNA，可以调控特定靶基因表达，在造血过程中起重要作用。miR-144/451 是一个受转录因子GATA-1调控的双顺反子位点，是目前发现的成熟红细胞中表达最高的miRNAs。我们敲除该位点后发现，敲除鼠呈现轻度小细胞性溶血性贫血，在氧化应激情况下贫血明显加重，说明红细胞的抗氧化能力明显下降。本项目主要研究miR-144/451抗氧化作用之外的功能及机制，我们首先发现miR-144/451敲除鼠出现幼红细胞凋亡增加，主要原因是由于未成熟红细胞中miR-144/451的靶基因Cab39的水平明显增加导致其下游基因AMPK活性过度激活，引起mTOR信号通路的抑制，并激活P53，导致红细胞凋亡（Haematologica，2018）。其次我们发现年老的miR-144/451敲除鼠高发B细胞性淋巴瘤和急性髓细胞性白血病及其他疾病，其机制是miR-451的缺失导致癌基因Myc在细胞中的过度表达或抑癌基因Foxo3功能丧失（Oncogene，2018和Am J Transl Res，2015等）。另外我们发现小分子miR-144和miR-451可以经消化道进入血液循环引起红细胞功能改变（Oncotarget，2017）。红细胞的脱核以及能量代谢可能也与miR-144/451密切有关。这些结果说明miR-144/451可以通过抑制其靶基因Cab39、Ywhaz、Myc等调节相关发育途径，维持正常和应激造血时红细胞存活、分化、线粒体生物合成和氧化磷酸化功能以及其他细胞功能。由于本项目模拟人类各种病理性造血状态如急性溶血性贫血、肿瘤化疗毒副作用、急性失血等，因此本项目的研究结果为贫血及其他疾病潜在治疗新靶点提供了理论依据。