Rheb在造血干细胞和骨髓微环境的作用研究

The self-renewal and differentiation of HSC is the basis for the maintenance of hematopoiesis. However, the regulation of HSC and the effect of hematopoietic microenvironment (niche) on HSC are still not fully clear. mTOR has been shown to be essential for the balance maintenance of hematopoietic system and Rheb could positively regulate mTOR signaling and also participate in regulation of cell growth, differentiation and migration via mTOR-independent pathway. However, the function of Rheb in hematopoiesis is still not determined. It is essential to understand how Rheb regulates HSC balance and its role in niche, and find how hematopoiesis balance is broken and leads to disease. Here we will 1) Using various cre mice to delete Rheb at various developmental stages, we will investigate the effect of Rheb deficiency on HSC function; 2) Using specific cre mice to delete Rheb of various niche components such as bone MSC cells, endothelial cells and osteo-cells, we will probe the effect of Rheb deficiency on HSC microenvironment and HSC. 3) We will explore the mechanism of HSC maintenance and provide basis for drug intervention of hematopoietic diseases.

造血干细胞自我更新和分化是造血系统稳态的基础，但其本身调控机制及造血微环境对其影响规律尚不甚清楚。已知mTOR信号通路对于造血干细胞功能调节及造血系统稳态维持至关重要，而Rheb既能正向调节mTORC信号通路，也可以独立于mTORC1通路参与调节干细胞增殖，分化及迁移，但Rheb在造血中的作用仍不清楚。因此，阐明Rheb在造血干细胞和骨髓微环境变化中的作用将有助于对HSC自身调节机制的认识，发现其调控失衡导致的血液疾病的机制，更好地维护造血系统平衡。在本课题中，我们将1）利用血液系统特异敲除Rheb来比较从胚胎发育到成体各阶段Rheb缺失对HSC功能和造血平衡的影响；2）利用不同Cre,特异敲除骨髓微环境不同组分细胞中的Rheb，研究在骨髓基质系统，血管内皮系统以及骨组织中Rheb对HSC功能的影响；3）通过研究Rheb缺失对造血的整体（HSC和造血微环境）的影响,明确HSC稳态机制。

造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）具有广泛的细胞命运选择的能力，包括自我更新和根据生理需要产生各种类型的成熟血细胞。造血干细胞命运的选择是外界刺激及细胞内调控机制相互作用的结果，然而这种潜在的内在分子调控机制仍然未被完全揭示。有研究表明 mTOR 复合物在正常造血和异常造血中具有关键的作用，而Rheb为 mTORC1 上游直接的关键激活蛋白，目前尚无关于其与造血直接的相关研究。因此本课题从Rheb1入手，探索Rheb1对小鼠不同发育阶段正常造血 HSCs 功能的影响，证明Rheb1是造血干细胞在体内增殖和分化的关键调控因子。.在我们构建的造血系统特异性敲除Rheb1的小鼠模型中，E15胎肝中造血干细胞无异常增殖，骨髓中造血干细胞偏髓系分化。当Rheb1∆/∆小鼠接受外界刺激如亚致死剂量照射后，造血干细胞重建能力严重受损，且与基质细胞的黏附能力下降。此外，我们还发现Rheb1缺失可通过降低mTORC1活性导致中性粒细胞成熟受阻，进而导致成熟中性粒细胞减少。而mTOR激活剂3BDO可激活mTORC1信号通路，使缺乏Rheb1的中性粒细胞恢复成熟。Rheb1缺失可导致稳态条件下骨髓内造血干祖细胞的增多，最终导致体内骨髓过度增生，包括外周中性粒细胞的过度产生和髓外造血功能的过度扩张。此外，在核型正常的急性髓系白血病患者中存在不同程度的RHEB低表达，并且RHEB低表达的病人呈现预后不良。综上，我们的课题结果表明Rheb1在维持正常造血和髓系分化方面发挥了关键和独特的作用。