EZH2在人ES细胞及iPS细胞造血分化中的作用研究

Hematopoietic stem cell (HSC) transplantation has become a very important strategy for hematological disease treatment. To get a broader supply of HSC, a lot of efforts had been done to generate HSC/progenitor cells from human embryonic stem cell (hESC) and human induced pluripotent stem cell (hiPSC), however, the differentiation efficiency is still pretty low. In order to overcome this bottleneck, clear the gene regulation mechanism which control the early human embryonic hematopoietic generation will be helpful. Previous study show EZH2 plays an important role during early embryo development and hemopoietic population. Conventional knockout of Ezh2 is embryonic lethal, and conditional knockout Ezh2 in hemopoietic system results in anemia. However, the molecular mechanism of how EZH2 orchestrate human hemopoietic population and its detail function in distinct stages of human HSC generation remains to be evaluated. In this study, hESC/hiPSC with Chinese background established by our team will be knockout or overexpressed with EZH2, and then be differentiated into HSC/progenitor cells. The targets gene of EZH2 during hemopoietic population generation will be explored and the mechanism of how EZH2 works on those genes will be indicated. This study will be helpful to increase the hESC/hiPSC in vitro hemopoietic differentiation efficiency and provide theory foundation for probing new resource for HSC transplantation.

造血干细胞(HSC)移植已经成为治疗血液系统疾病的重要手段。为获得更广泛的HSC来源，人们在人胚胎干细胞(hESC)及人诱导多能干细胞(hiPSC)向HSC诱导分化方面做了很多努力，但目前诱导效率仍较低。明确人胚胎早期造血发生过程中的调控机制将有助于克服这一瓶颈。研究表明，EZH2基因在胚胎及造血系统发育中起着重要作用，Ezh2敲除小鼠胚胎不能存活，造血系统特异性敲除Ezh2小鼠有贫血表现，但是该基因精确调控造血发生的机制尚不清楚，其在诱导hESC/hiPSC向造血干祖细胞转化中的作用有待阐明。本研究拟利用本团队建立的中国人群背景的hESC及hiPSC，敲除或过表达EZH2，探求其对人造血发生过程的关键因子的调控作用，确定EZH2在hESC/hiPSC向造血分化中的靶基因及其作用的分子机制，将有利于提高hESC/hiPSC体外造血分化效率，为探索造血干细胞移植的新途径提供基础。

本项目主要围绕 EZH2 在人ES 细胞及iPS 细胞造血分化中的作用机制展开研究工作，EZH2全称为多梳蛋白zeste基因增强子类同源物2(histone methyltransferase Enhancer of Zeste 2, EZH2)，是影响中胚层发育及造血系统发育的关键因子，对胚胎期早期造血系统的形成至关重要。.造血干细胞(HSC)移植已经成为治疗血液系统疾病的重要手段，为获得更广泛的HSC 来源，实现临床转化，并结合地中海贫血患者的干细胞株在造血分化上与正常基因型的干细胞株存在明显差异的实际情况，本研究从不同的角度结合EZH2基因开展了干细胞造血分化的研究。1）、比较了hESC 及hiPSC在造血分化上是否存在差异；2）、比较了不同来源（羊水和尿细胞来源）的hiPSC在造血分化是否存在差异；3）、通过建立敲除及过表达EZH2的hESC和羊水来源的hiPSC，比较其在造血分化上的差异；4)、通过建立携带不同基因型的地中海贫血患者的hiPSC，并建立敲除及过表达EZH2的干细胞株，比较不同基因型之间及在EZH2基因参与下等不同情况下，造血分化的变化情况。通过拟胚体培养，建立大量、不同类型的干细胞株，诱导造血分化，在第0天、第4天、第8天、第12天和第16天检测比较细胞系中野生型、EZH2-KO、 EZH2-OE多能性标记基因、三胚层标记基因、 C34+、CD43+及CD34+-CD43+细胞比率变化情况；研究EZH2在干细胞分化及造血诱导时的表达变化及相关靶向基因，同时用亚致死量照射过的雄性NSI小鼠结合建立的胚胎干细胞进行了初步的骨髓移植实验。.在研究中，我们发现在hiPSCs与hESCs在诱导形成EB的能力上及所形成的EB在形态上未见明显差异；羊水来源的hiPSCs和尿细胞来源的hiPSCs在CD34+-CD43+细胞出现及比率变化及干性维持的时间点与时段上存在差异；同时通过对不同细胞株细胞系中野生型、EZH2-KO、 EZH2-OE造血分化的比较，进一步证实EZH2造血分化中的作用；结合通过对携带地中海突变的不同基因型的细胞株的研究，初步揭示了珠蛋白基因的突变对造血分化的影响及未来EZH2影响携带有珠蛋白突变干细胞造血分化的能力，为未来实现干细胞临床转化及地中海贫血干细胞治疗及造血机制基础研究奠定了基础。