細胞內(nèi)代謝穩(wěn)態(tài)對于造血干細胞的自我更新與分化至關重要,。雖然造血干細胞在靜息狀態(tài)下通常以糖酵解為主要代謝途徑,，但精密調(diào)控的線粒體代謝活性也是造血干細胞穩(wěn)態(tài)平衡的維持所必需的（Filippi et al. 2019；Yu et al. 2013）,。研究表明,，敲除鐵硫簇蛋白顯著破壞線粒體呼吸鏈的功能從而引起造血干細胞庫的衰竭（Ansó et al. 2013）。異常激活線粒體未折疊蛋白反應與線粒體應激損害造血干細胞的靜息狀態(tài),，導致造血干細胞的長期移植能力顯著下降（Mohrin et al. 2015）,。RNA可變剪接是從同一轉(zhuǎn)錄本前體產(chǎn)生不同RNA變體的一種利于細胞節(jié)能的基因表達調(diào)節(jié)方式（Chen et al. 2009；Marasco et al. 2023）,?？勺兗艚拥恼{(diào)控在細胞增殖、分化,、代謝,、衰老以及死亡等多種生物學過程中發(fā)揮重要作用。參與RNA可變剪接的一些核心組分通常包括小RNA及其RNA結合蛋白,。多種剪接因子如Srsf2,、U2af1等被報道參與胎肝或成體骨髓造血干細胞的穩(wěn)態(tài)調(diào)控（Komeno et al. 2015；Dutta et al. 2021）,。剪接過程的紊亂與惡性造血也密切相關,，在急性髓系白血病、骨髓異常增生綜合癥患者臨床樣本中檢測到SRSF2,、SF3B1,、U2AF1和ZRSR2存在基因突變（Saez et al. 2017；Yoshimi et al. 2019）,。但迄今為止,，可變剪接如何整合調(diào)控造血干祖細胞的線粒體代謝尚未報道。
10月13日,，基礎醫(yī)學院病理生理學系郭濱課題組與美國印第安納大學醫(yī)學院萬鈞團隊,、山西醫(yī)科大學賀杰峰團隊合作在Cell Reports期刊上發(fā)表了題為Aspartyl-tRNA synthetase 2 orchestrates iron-sulfur metabolism in hematopoietic stem cells via fine-tuning alternative RNA splicing的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)線粒體氨酰tRNA合酶Dars2通過定位到造血干祖細胞的剪接體與剪接因子Srsf3等互作,，調(diào)控代謝相關基因包括mtor和Slc22a17的mRNA可變剪接事件,，進而通過調(diào)控鐵硫簇代謝影響線粒體穩(wěn)態(tài)和造血干細胞庫的維持。
Dars2調(diào)控造血干細胞穩(wěn)態(tài)維持的機制
郭濱團隊致力于細胞器應激與造血系統(tǒng)再生調(diào)控機制研究,。在部分前期工作基礎上（Leukemia 2019,；J Clinic Invest 2021），該研究構建了Dars2基因在血液系統(tǒng)的條件敲除小鼠模型,，發(fā)現(xiàn)Dars2功能缺失逐步引起小鼠的造血活性下調(diào),、嚴重貧血、造血干祖細胞庫枯竭以及小鼠死亡,。Dars2的經(jīng)典功能是調(diào)控線粒體天冬氨酸與tRNA的連接從而參與線粒體基因組編碼的蛋白質(zhì)合成,。前期國際上有研究報道Dars2在心肌細胞和巨噬細胞中存在不依賴于氨酰tRNA合酶活性的功能（Dogan et al. 2014；Willenborg et al. 2021）,。本研究發(fā)現(xiàn),，Dars2在造血干細胞中的功能缺失后并未顯著改變線粒體基因編碼的蛋白組分合成水平，提示Dars2可能通過一種新的機制調(diào)節(jié)造血干細胞的功能,。研究人員進一步進行了非標記定量(Lable free)蛋白質(zhì)組學分析,，結果發(fā)現(xiàn)Dars2敲除的造血干祖細胞中下調(diào)最為顯著的一類蛋白是剪接因子，包括Srsf2,、Srsf3,、Srsf6等。通過免疫熒光與蛋白質(zhì)免疫共沉淀實驗,，作者意外發(fā)現(xiàn)Dars2除了定位在線粒體,，還顯著定位到造血干祖細胞中的剪接體，并與剪接因子Srsf3互作,。Dars2敲除后,，造血干祖細胞中Srsf3的蛋白穩(wěn)定性破壞從而導致其降解,。通過可變剪接分析發(fā)現(xiàn)，Dars2敲除的造血干祖細胞中多種代謝過程基因的RNA可變剪接事件出現(xiàn)顯著異常,。其中包括一個之前在心肌細胞中被報道受Srsf3調(diào)控的mtor基因,，它發(fā)生了內(nèi)含子滯留。其它剪接事件中,，研究人員關注到Slc22a17基因,，該基因的RNA在Dars2敲除的造血干祖細胞中出現(xiàn)了顯著的外顯子跳躍，引起讀碼框的移位,，形成三個連續(xù)的終止密碼子,。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Dars2敲除的造血干祖細胞中Slc2217的啟動子活性沒有顯著改變,，而mRNA水平顯著降低,，提示可能發(fā)生了mRNA decay。RNA免疫共沉淀實驗表明,，Srsf3可以顯著與Slc22a17的RNA結合,。Slc22a17被報道參與了一些細胞類型內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)的調(diào)控，敲除Dars2和敲減Slc22a17的造血干祖細胞內(nèi)的鐵含量顯著降低,，蛋白組學結果顯示鐵硫簇蛋白組分表達顯著下調(diào),。鐵硫簇蛋白在線粒體呼吸鏈電子傳遞與DNA損傷修復中發(fā)揮著重要作用。研究人員發(fā)現(xiàn),，Dars2敲除引起造血干祖細胞線粒體呼吸代謝活性下調(diào)和DNA損傷累積,。敲減Slc22a17顯著抑制造血干祖細胞的克隆形成能力，而過表達Slc22a17能夠部分回補因Dars2功能缺失引起的鐵代謝紊亂和造血功能損傷,。該論文揭示了第一個氨酰tRNA合酶在造血干細胞穩(wěn)態(tài)調(diào)控中的功能,，報道了Dars2通過控制RNA可變剪接的方式參與線粒體代謝活性與穩(wěn)態(tài)的調(diào)控，為造血干細胞的代謝調(diào)控提供了全新視角,。
基礎醫(yī)學院2021級博士研究生顧璇與印第安納大學醫(yī)學院萬鈞團隊博士研究生酈凱凌為論文的共同第一作者,；郭濱研究員、萬鈞教授,、賀杰峰教授為論文的共同通訊作者,。該研究受到科技部國家重點研發(fā)計劃“干細胞與轉(zhuǎn)化研究”重點專項、國家自然科學基金委重大研究計劃培育項目,、面上項目以及美國血液學會GRA等資助,。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01276-7
