GPS2对红系造血的调控及分子机制研究

GPS2 is a transcription co-factor involved in the regulation of inflammation, obesity, insulin resistance and some other biologic processes, but its function in hematopoiesis is still unclear. Previous studies in our lab showed that: 1) GPS2 was expressed in hematopoietic stem cells, and increased expression of GPS2 was observed during erythroid differentiation. 2) knock down of GPS2 could inhibit the erythroid differentiation of human erythroleukemic cell line K562 and human cord blood CD34+ cells. 3) GPS2 could interact with erythroid transcriptional factor GATA1, and regulate its activity. Accordingly, we presumed that GPS2 could play a critical role in erythropoiesis. Therefore, We intend to do a systematic research on the effects and molecular mechanisms of GSP2 in erythropoiesis: 1) the regulation of GPS2 in erythroid differentiation of K562 cells and human cord blood CD34+ cells in vitro, 2) the regulation of GPS2 in erythroid differentiation of human cord blood CD34+ cells transplanted into NOD/SCID/IL2Rγnull mice, 3) the hematopoietic lineage commitment in GPS2 knockout mice, 4) the molecular mechanisms of GPS2 in the regulation of erythropoiesis. This study will reveal novel functions of GPS2 in erythropoieis as well as discover novel mechanisms in the regulation of erythroid differentiation.

GPS2参与炎症、肥胖、胰岛素耐受等生物学过程的调控，但至今未见其参与造血作用调控的报道。我们前期的研究发现：1）GPS2在造血干细胞中表达并在红系分化中上调；2）在K562和人脐带血CD34+细胞中敲低GPS2显著抑制红系分化；3）GPS2与红系调控转录因子GATA1相互作用并调节其活性。表明GPS2在红系发育中发挥了重要作用。本项目拟在前期工作的基础上，采用体外（K562和人脐带血CD34+细胞）、体内（异种移植和基因敲除小鼠）模型系统研究GPS2对造血干细胞分化特性的影响，并深入探讨其分子机制。主要研究内容包括：1）过表达或干涉GPS2对K562及脐带血CD34+细胞红系分化的影响；2）采用异种移植模型评价GSP2体内对造血干细胞谱系分化的影响；3）采用已构建的GPS2敲除小鼠研究GPS2对造血谱系的影响；4）以GPS2与GATA1相互作用为重点，探讨GPS2调控红系分化的分子机制。

红系分化是从早期红系祖细胞分化到脱核的成熟红细胞的多阶段过程，谱系特异性的转录因子在这个过程中起着关键的作用。EKLF/KLF1（Erythroid Krüppel-like factor）是一个多效的红系转录因子，负责调节红细胞的成熟，保证该过程准确无误发生，其表达及活化水平受分化时间和阶段的严密调控。GPS2是NCoR/SMRT共抑制复合体的亚基，参与胚胎发育、炎症、代谢及B细胞发育等过程，但在红系分化中的作用未见报道。本研究发现干涉GPS2显著抑制人脐带血CD34+细胞在体外培养及异种移植到NOD/SCID/IL2Rγnull（NSG）小鼠后体内的红系分化。GPS2敲除小鼠胎肝红系造血发生障碍，从而引起严重的贫血。流式分析及瑞氏吉姆萨染色结果显示，敲除GPS2抑制了胎肝终末红系造血的后期阶段。机制上，GPS2结合EKLF，抑制蛋白酶体对EKLF的降解，从而提高EKLF蛋白稳定性及其转录活性，但是GPS2并不影响EKLF的泛素化水平。在小鼠红白血病细胞MEL或者人CD34+细胞中，GPS2对红系分化的调控作用依赖于EKLF，而与NCOR1无关。缺失与NCOR1结合的区域（aa 1-110）并不影响GPS2对红系分化的促进作用，但缺失与EKLF的结合区域（aa 111-150）后，GPS2则丧失了对红系分化的促进作用。更重要的是，回转EKLF可以完全逆转干涉GPS2导致的红系分化障碍。此外，我们发现EKLF蛋白上负责与GPS2结合的aa 191-230区域在哺乳动物中高度保守，且该区域是维持EKLF蛋白稳定性所必须，这可能为解释部分EKLF突变导致的造血紊乱提供新的角度。综上，本研究证明了GPS2通过提高EKLF蛋白稳定性促进红系分化，发现了GPS2新的转录非依赖的功能，揭示了EKLF蛋白稳定性调节的新机制。