PLK1调控有丝分裂在人红细胞生成中的作用及机制研究

PLK1 plays an important role in the regulation of cell mitosis, and currently PLK1 inhibition has become innovation therapy for the treatment of acute myeloid leukemia. However, it has been reported that some patients have got severe anemia when treated with PLK1 inhibition. Our previous studies showed that the addition of PLK1 inhibitors to erythrocytes during erythroid differentiation in vitro induced the generation of abnormal nuclear cells and impaired the proliferation of erythroblasts. Our another study about erythropoiesis showed that the expression of PLK1 in cells with abnormal nucleus decreased compared to control cells. So we hypothesized that PLK1 plays important effects on erythropoiesis, but there have been very few reports up to now. Based on these studies, in the current project, we propose to perform PLK1 knockdown in distinct stage of erythrocytes during erythropoiesis by using tetracycline inducible lentiviral vector combined with 3-stage culture system and the monitoring system of erythropoiesis. The roles of PLK1 regulating mitosis in the maturation and cell cycle of human erythrocytes and the underlying molecular mechanisms will be studied. Thus to lay a theoretical foundation for further clarifying the mechanism of PLK1 in regulating erythropoiesis, and to provide a solid theoretical basis for the prevention of anemia caused by PLK1 inhibition therapy.

PLK1对细胞有丝分裂发挥重要的调控作用，以其为靶点的抑制剂成为目前急性髓系白血病治疗的创新疗法。但有研究显示，使用该抑制剂进行肿瘤靶向治疗过程中部分患者会出现严重贫血。我们前期研究结果显示，在红系体外诱导培养的幼红细胞中加入PLK1抑制剂会导致细胞出现核畸形，并严重影响细胞增殖。我们另一项针对红细胞生成的研究也显示，出现了核畸形的幼红细胞呈现PLK1的表达下降。因此我们推测PLK1对红细胞生成具有重要作用，但目前尚未见相关研究报道。以此为基础，本课题拟利用四环素诱导的慢病毒表达载体结合红细胞体外诱导培养及检测体系，在红细胞生成过程中对不同分化阶段的幼红细胞实施PLK1敲低，研究PLK1通过调控细胞有丝分裂对红细胞分化成熟及细胞周期等的影响及其分子机制，为进一步深入阐明PLK1调控红细胞发育的机制奠定理论基础，并为临床上预防由于PLK1抑制剂引起的贫血提供重要的理论依据。

PLK1对细胞有丝分裂发挥重要的调控作用，以其为靶点的抑制剂成为目前急性髓系白血病治疗的创新疗法，但使用该抑制剂所导致的贫血不容忽视。PLK1在红系发育中起什么作用目前尚不明确。基于课题组前期建立的红系三阶段诱导培养体系及观察体系，本项目从细胞株到原代细胞，从体外到体内，系统地研究了PLK1对红细胞生成过程中细胞分化、增殖、凋亡及脱核的影响，并初步探讨了其可能机制。首先我们取人红白血病细胞株K562，加入PLK1抑制剂抑制该基因表达，取得了与预实验一致的结果，即细胞增殖减少，凋亡增加，细胞被阻滞在细胞周期的G1和S期。然后我们选取取人外周血来源的造血干细胞，进行红系诱导分化培养，在培养的不同阶段分别加入PLK1抑制剂，研究该基因对红系的调控作用是否具有阶段特异性。结果发现在红系发育早期PLK1缺失会导致细胞增殖减低、分化延迟、细胞周期阻滞。在红系发育终末期抑制该基因表达，则会导致红细胞脱核率下降，成熟障碍。为了进一步探寻PLK1对红系发育分化的影响及其可能机制，我们又引入小鼠实验。结果发现实验组小鼠红细胞计数及血红蛋白含量明显低于对照组。令人意外的是无论是体外还是体内研究均发现PLK1抑制剂组红系造血祖细胞BFU-E水平明显高于对照组，而CFU-E水平则低于对照组，由此推测PLK1缺失可能导致红系分化阻滞在BFU-E阶段。进一步对小鼠骨髓和脾脏细胞研究发现，实验组小鼠骨髓活细胞明显降低，而脾脏体积明显增大，脾脏活细胞数显著升高。另外实验组小鼠脾脏有核红细胞及网织红细胞绝对值均明显高于对照组，成熟红细胞比例则低于对照组。本项目结果首次证明PLK1对红系增殖、分化及脱核至关重要，提示我们PLK1抑制剂作为临床肿瘤治疗时需考虑因药物应用所致的贫血，为今后分子靶向药的开发和应用提供新的思索。