?子科生物報道：造血干/祖細(xì)胞包括造血干細(xì)胞及幾種存在譜系偏向性的造血祖細(xì)胞，它們能夠為成年的生物個體提供所有的血細(xì)胞類型。其中，造血干細(xì)胞具備自我更新及多譜系分化的能力，能夠在急性條件下產(chǎn)生及時的應(yīng)答[1]；而多種造血祖細(xì)胞則能夠在穩(wěn)態(tài)造血中保持血細(xì)胞的供給[2]。因此，造血干/祖細(xì)胞是血液系統(tǒng)的核心，一旦它們的穩(wěn)態(tài)被破壞，將導(dǎo)致嚴(yán)重的血液疾病甚至死亡，而圍繞造血干/祖細(xì)胞的研究能夠為理論研究和臨床治療提供有力的支撐。

為了研究造血系統(tǒng)的發(fā)育，研究者們常常使用斑馬魚作為實驗對象，它具備生長周期短、產(chǎn)卵量大、胚胎體外受精且透明、易于進行基因編輯等優(yōu)勢，是發(fā)育生物學(xué)的理想模型。此外，斑馬魚的造血系統(tǒng)與人類高度類似[3]，這種保守型也是應(yīng)用斑馬魚進行造血研究的基礎(chǔ)。

2021年3月16日，華南理工大學(xué)張譯月課題組與張文清課題組聯(lián)合在SCIENCE CHINA Life Sciences上在線發(fā)表題為“Slc20a1b is essential for hematopoietic stem/progenitor cell expansion in zebrafish”的研究論文，揭示了斑馬魚slc20a1b基因的點突變會導(dǎo)致造血干/祖細(xì)胞的增殖能力嚴(yán)重下降，從而導(dǎo)致造血發(fā)育的急劇受損。

在2012年，兩個課題組合作開展的斑馬魚的正向遺傳學(xué)篩選，通過化合物ENU對斑馬魚誘導(dǎo)隨機基因突變，獲得了一系列的存在造血缺陷的斑馬魚突變體[4]。在本研究中，作者基于ENU誘變獲得的smu07突變體，造血缺陷表型鑒定發(fā)現(xiàn)該突變體的紅系、髓系及淋系造血均存在缺陷，提示其更上游的造血干/祖細(xì)胞可能已經(jīng)受損。進一步的探究發(fā)現(xiàn)，突變體的造血干/祖細(xì)胞在起始階段能夠正常產(chǎn)生，但是隨后卻不能持續(xù)擴增，以致其造血干/祖細(xì)胞數(shù)目顯著低于正常斑馬魚。

作者對該突變體的基因突變進行了定位，并確認(rèn)該突變體的致變基因為slc20a1b，該基因發(fā)生了一個DNA單堿基突變，使其蛋白發(fā)生一個單氨基酸突變（D48E）。借助CRISPR-Cas9技術(shù)，作者構(gòu)建了slc20a1b突變體，該突變體與smu07突變體表型一致，驗證了致變基因的確是slc20a1b。

由于slc20a1b是一個廣泛表達(dá)的基因，作者進一步探究是否是造血干/祖細(xì)胞的基因突變導(dǎo)致其表型，還是其環(huán)境中的其他細(xì)胞起主導(dǎo)作用。通過正反向移植實驗，作者發(fā)現(xiàn)突變型的造血干/祖細(xì)胞無法在正常環(huán)境中擴增，而野生型的造血干/祖細(xì)胞則能夠在突變型環(huán)境中擴增。這一結(jié)果證明了是造血干/祖細(xì)胞自主性缺失slc20a1b基因?qū)е缕淙毕荨?/p>

最后，作者對造血干/祖細(xì)胞的機制展開了探究，發(fā)現(xiàn)slc20a1b基因突變的造血干/祖細(xì)胞的細(xì)胞死亡情況不變，而是其增殖能力的缺陷致使造血干/祖細(xì)胞無法擴增。突變型的造血干/祖細(xì)胞，其細(xì)胞周期被阻滯在了G2/M期，無法完成正常的增殖周期。

綜上所述，slc20a1b基因突變的造血干/祖細(xì)胞會發(fā)生細(xì)胞自主性的缺陷，缺陷表現(xiàn)為細(xì)胞周期阻滯導(dǎo)致增殖能力下降，從而致使造血干/祖細(xì)胞嚴(yán)重不足，而所有造血譜系均發(fā)生嚴(yán)重缺陷。
該研究首次報道了slc20a1b基因在造血干/祖細(xì)胞中扮演的重要角色，揭示了造血干/祖細(xì)胞細(xì)胞周期的新調(diào)控基因。

南方醫(yī)科大學(xué)博士生陳家奎及華南理工大學(xué)李高飛博士為該論文的共同第一作者，華南理工大學(xué)張譯月教授及張文清教授為該論文的共同通訊作者。該論文的其他作者還包括華南理工大學(xué)連俊瑋博士、黃志斌博士、李健潮教授，南方醫(yī)科大學(xué)馬寧博士，及香港科技大學(xué)溫子龍教授。

參考文獻(xiàn)：

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2. K. Busch, K. Klapproth, M. Barile, M.Flossdorf, T. Holland-Letz, S.M. Schlenner, M. Reth, T. Hofer, H.-R. Rodewald,Fundamental properties of unperturbed haematopoiesis from stem cells in vivo.,Nature. 518 (2015) 542–546.

3. B. Bajoghli, N. Aghaallaei, I. Hess, I.Rode, N. Netuschil, B.-H. Tay, B. Venkatesh, J.-K. Yu, S.L. Kaltenbach, N.D.Holland, D. Diekhoff, C. Happe, M. Schorpp, T. Boehm, Evolution of genetic networks underlying the emergence of thymopoiesis in vertebrates., Cell. 138(2009) 186–197.

4. K. Wang, Z. Huang, L. Zhao, W. Liu, X.Chen, P. Meng, Q. Lin, Y. Chi, M. Xu, N. Ma, Y. Zhang, W. Zhang, Large-scale forward genetic screening analysis of development of hematopoiesis in zebrafish., J. Genet. Genomics. 39 (2012) 473–480.