PU.1调控造血干细胞向髓系和淋巴系定向分化的转录机制研究

转录因子PU.1在造血干细胞（HSC）的维持和分化过程中发挥重要作用。PU.1能激活造血干细胞以及髓系和淋巴系谱系特异基因的转录，而PU.1自身调节的紊乱可导致HSC分化障碍，引发白血病。为探讨PU.1调控HSC定向分化的分子机制，本课题将对小鼠原代细胞中PU.1及四种与干细胞特性和转录调控相关的组蛋白修饰进行研究。通过ChIP-seq（染色质免疫共沉淀结合测序）获得PU.1在HSC以及髓系和淋巴系祖细胞（CMP、GMP和CLP）中的基因组差异结合位点，并进一步分析PU.1结合区域的组蛋白甲基化修饰与全基因组基因表达谱的相关性，以寻找PU.1主导HSC定向分化的调控网络。最后利用基因沉默和集落分析实验对关键的PU.1靶基因进行功能验证。本课题对白血病相关转录因子PU.1的功能基因组进行系统地研究，整合信息学和细胞分子生物学手段探讨HSC定向分化的转录调控网络，为白血病研究提供理论依据。

【摘要】. 造血干祖细胞（HSPC）分化为成熟的血液细胞和免疫细胞的过程受到多种转录因子在时间和空间上的精密调控。其中，PU.1是血液细胞发育过程中极为关键的转录因子。它的正常表达不仅参与了造血干细胞的维持，同时在髓系和淋系细胞的分化成熟过程中发挥重要作用。为了研究PU.1参与的造血干/祖细胞（HSPC）分化的转录调控机制，在本研究中，我们（1）整合RNA测序和染色质免疫沉淀-测序（ChIP-seq）方法，在基因组水平观察正常小鼠骨髓原代细胞中由髓系的造血干/祖细胞HSPC(HSCP: HSC, CMP, GMP; Lin-Scar+CD34+)向成熟粒系细胞(Lin+Gr1+)分化过程中，其基因表达与PU.1以及组蛋白修饰之间的关系。 研究结果提示PU.1协同增强子相关组蛋白修饰、以及其他谱系特异转录因子，共同参与了对髓系分化相关基因的调控。（2）我们在PU.1的靶基因MEIS1上寻找并验证了具有增强子功能的序列， 结果提示增强子不仅可介导组织特异性，也可能具有种属特异性；结合生物信息分析、ChIP-PCR、荧光素酶活性实验和shRNA 干扰等方法，对PU.1 所参与的MEIS1基因的转录调控机制进行深入探讨，证实MEIS1的表达与PU.1在该基因上的结合和富集程度有关；在髓系分化过程中，PU.1通过位于MEIS1内含子的顺式元件、协同组蛋白H3K4me1和H3K27ac等修饰、以及其他转录因子，对MEIS1发挥正调控作用；此外，PU.1敲低可以诱导小鼠MLL-ENL白血病细胞分化，并伴随着MEIS1、HOXA9等基因表达水平的下降，提示在部分MEIS1高表达的白血病类型中，我们可能通过调控PU.1来影响白血病细胞的转归。（3）在淋巴瘤细胞，分析多种表观遗传修饰（DNA甲基化、H3Kme3、H3K27me3）之间的作用。. 本课题中，我们研究了由PU.1/增强子/H3K27ac为核心的髓系基因转录调控机制，并在MEIS1基因进行验证和深入探讨。该工作为揭示PU.1 参与的髓系分化及转录调控机制，以及为治疗部分以MEIS1基因高表达为特征的白血病提供了新的视角和理论依据。. 目前，发表SCI文章一篇（Leukemia 2014, IF=9.4），国际会议分会场报告一篇，会议摘要一篇，AACR 2015 年会接收、展报形式交流一篇。相关文章正在整理。