红系发育阶段特异性转录调控网络的构建与应用

Erythropoiesis is a complex and stage-specific process which hematopoietic stem cells differentiate and form mature erythrocytes. Transcription factors (TFs) are one of the key regulatory factors in human erythropoiesis and regulate the process cooperatively. Our stage-specific transcriptome analysis found that the expression and regulation of TFs changes according to stages, but the stage-specific systematic regulatory remain unclear. In this application, based on the isolation protocol of human erythroblasts at distinct stages established by our group and our stage-specific RNA-seq data, we will integrate massive gene expression datasets in erythropoisis and interaction data from public database, construct the transcriptional regulatory network for each stage, and validate the regulation through gene function experiments. Successful accomplishment of proposed studies will not only provide novel insights into erythroid biology but also help in understanding of disordered erythropoisis in red blood diseases.

红系发育是造血干细胞经过增殖、分化最终形成成熟红细胞的具有阶段特异性的复杂精细过程。转录因子是人类红系发育的一类关键调控因子，相互作用协同调控分化过程。我们对转录谱的初步分析发现转录因子表达及调控具有阶段性，但其阶段特异的系统调控关系还不明确。故本课题拟在已建立的红系发育各阶段细胞分选体系及阶段特异RNA-seq数据基础上，整合公共数据中红系发育相关转录谱数据及相互作用关系数据，建立阶段特异的转录调控网络，通过基因功能验证调控网络的可靠性。本项目将明确红细胞发育中阶段特异的转录调控机制，为深入研究红系发育过程及红细胞疾病治疗提供基础。

红系发育是造血干细胞经过增殖、分化最终形成成熟红细胞的具有阶段特异性的复杂精细过程，是基因之间相互作用协同调控的结果。本课题组已有的胎肝和脐带血来源的造血干细胞体外培养体系，并分选纯化了各分化阶段的有核红细胞进行转录组测序。本项目利用阶段特异的转录组数据，获得阶段之间的差异表达基因，构建差异表达基因的共表达网络；对此共表达网络进行子模块划分和分析，发现了6个具有不同表达变化模式且参与不同功能的子模块，其中核糖体合成、ncRNA过程、自噬、细胞周期等在不同模块内起作用的生物过程。为了进一步了解其相互作用过程，本项目提取红系发育表达的细胞周期相关基因，利用公共数据构建其蛋白质交互作用网络，发现了泛素化功能在终末分化后期的作用，并预测了关键基因。我们也对红系发育过程中LncRNA-mRNA的上下游调控构建贝叶斯网络进行推断，并预测了新关键LncRNA。我们对所预测的一个基因NRBP1进行了验证并发现其影响脱核。本项目利用三种不同网络构建方法，从全局到局部系统研究了基因之间的相互作用关系，并通过网络分析方法探索了红系发育基因调控的阶段性特征。本项目的研究方法可以适用于不同的研究领域，研究结果可以为深入研究红系发育过程提供数据支撑，也红细胞疾病探索提供新的思路和方向。