2021年11月18日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院/血液學(xué)研究所（簡(jiǎn)稱“血研所”）程濤團(tuán)隊(duì)聯(lián)合基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所（簡(jiǎn)稱“基礎(chǔ)所”）余佳團(tuán)隊(duì)在Blood雜志以封面標(biāo)題論著刊登題為“Comprehensive RNA editome reveals that edited Azin1 partners with DDX1 to enable hematopoietic stem cell differentiation”的論文。該研究首次描繪了造血分化層級(jí)的RNA編輯圖譜，并從中鑒定了調(diào)控造血干細(xì)胞分化的關(guān)鍵編輯事件。同期加州大學(xué)教授、血液腫瘤學(xué)家Catriona Jamieson對(duì)該研究工作進(jìn)行了述評(píng)“Upping the Antizyme: AZIN1 Directs Stem Cell Fate”，認(rèn)為本研究工作發(fā)現(xiàn)了AZIN1（抗酶抑制因子1）這一新的造血干細(xì)胞功能調(diào)控因子，并為開(kāi)發(fā)RNA編輯介導(dǎo)造血干細(xì)胞擴(kuò)增奠定了基礎(chǔ)。
RNA編輯事件普遍存在于生物體內(nèi)，是遺傳信息傳遞過(guò)程中重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方式之一，主要由RNA編輯酶ADAR家族成員所介導(dǎo)。在造血系統(tǒng)中主要發(fā)揮功能的RNA編輯酶是ADAR1。ADAR1敲除的小鼠，由于紅系發(fā)育基因缺少RNA編輯，胎肝發(fā)育停滯，胚胎于13.5天死亡。2009年血研所程濤教授和匹茲堡大學(xué)王慶德教授合作發(fā)現(xiàn)在小鼠的成體造血祖細(xì)胞（HPC）分化過(guò)程中，ADAR1在造血祖細(xì)胞中表達(dá)豐度最高。ADAR1敲除后，由于缺少RNA編輯，HPC凋亡明顯增加，增殖分化障礙，體外集落形成能力明顯下降，重建造血功能障礙。造血干細(xì)胞比例相對(duì)升高，祖細(xì)胞數(shù)量顯著減少。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了ADAR1的缺失引起早期T細(xì)胞發(fā)育障礙。但是目前關(guān)于RNA編輯如何調(diào)控造血分化的機(jī)制仍不明確。
本研究團(tuán)隊(duì)首先利用流式分選了各類(lèi)造血干、祖細(xì)胞以及成熟髓系細(xì)胞，通過(guò)深度RNA測(cè)序和全基因組DNA測(cè)序，共鑒定出30,796個(gè)RNA編輯位點(diǎn)，PCR驗(yàn)證陽(yáng)性率為89%；并對(duì)造血細(xì)胞RNA編輯圖譜進(jìn)行了系統(tǒng)的描繪，發(fā)現(xiàn)在造血細(xì)胞中RNA編輯整體水平?jīng)]有太大差異，但在造血干細(xì)胞、祖細(xì)胞及成熟細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)群體特異性的編輯事件，也鑒定出譜系分化各階段特異性的編輯事件。進(jìn)一步對(duì)這些編輯事件進(jìn)行基因表達(dá)相關(guān)性分析及功能預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)造血細(xì)胞RNA編輯可能會(huì)影響miRNA結(jié)合、RNA穩(wěn)定性、RNA結(jié)構(gòu)及翻譯等分子事件，體現(xiàn)其對(duì)造血細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜性。通過(guò)對(duì)造血干細(xì)胞特異的編輯位點(diǎn)進(jìn)行分析，篩選出5個(gè)功能編輯位點(diǎn)，并選取Azin1進(jìn)行深入的功能和機(jī)制研究。首先構(gòu)建了Azin1的三種過(guò)表達(dá)載體：野生型編輯位點(diǎn)（AGC）和100%編輯型位點(diǎn)（GGC）以及非編輯型突變位點(diǎn)（TCC）。與野生型（Azin1-A）相比，完全編輯組（Azin1-G）有更好的造血重建能力，非編輯組（Azin1-TC）重建能力最弱。通過(guò)體內(nèi)外功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Azin1的RNA編輯缺少時(shí)，造血系統(tǒng)不能維持正常的分化模式，表現(xiàn)為造血干細(xì)胞分化阻滯，數(shù)量過(guò)量堆積，造成造血祖細(xì)胞逐漸耗竭，不能繼續(xù)維持造血穩(wěn)態(tài)，最終使得重建效率下降。
機(jī)制上，通過(guò)Co-IP、蛋白質(zhì)譜及免疫熒光等分析發(fā)現(xiàn)在造血細(xì)胞中RNA編輯引起了AZI（Azin1蛋白）核定位改變，并影響了與之結(jié)合的蛋白的功能。Azin1缺乏RNA編輯時(shí)，其編碼蛋白AZI主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，不能有效的與下游蛋白結(jié)合。Azin1被RNA編輯后，AZI蛋白可以由胞質(zhì)入核，與DDX1等一系列蛋白在胞核內(nèi)有更強(qiáng)的結(jié)合力。進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序以及DDX1-ChIP-seq和AZI-ChIP-PCR分析發(fā)現(xiàn)，ADAR1-AZI-DDX1協(xié)同調(diào)控Plaur等造血相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄激活維持造血干細(xì)胞正常分化（如下圖所示）。本研究豐富了哺乳動(dòng)物RNA編輯數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)研究者提供了寶貴資源，也為疾病研究奠定了基礎(chǔ)。
該研究工作受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFA0100600,2017YFA0103400,2020YFE0203000），國(guó)家自然科學(xué)基金委(81421002,81922002,81890990,81730006,81861148029,81870086,81670106,81530007, 31725013,31771444,81970101)，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院創(chuàng)新工程（(2017-I2M-3-009,2016-I2M-1-017,2017-I2M-1-015, 2019-I2M-2-001）等基金資助。血研所程濤教授、程輝研究員，以及基礎(chǔ)所余佳教授、馬艷妮研究員是本文的通訊作者。血研所王鳳嬌博士，基礎(chǔ)所何家驩博士和劉思琪博士為本文的共同第一作者。北京大學(xué)李川昀研究員為本文RNA編輯事件的鑒定提供生物信息學(xué)指導(dǎo)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1182/blood.2021011314
