人出生前后发生造血位点由胎肝姠成人骨髓的转移,并同时发生胎儿血红蛋白(HbF,α2γ2)向成人血红蛋白(HbA,α2β2)的表达转换(或开关)研究表明,如果在成人期已经关闭的γ-珠蛋白基因能够重新活化,表达的γ-珠蛋白能够代偿镰刀形细胞镰刀型贫血症症(SCD)及β-地中海镰刀型贫血症患者中β-珠蛋白的不足,改善镰刀型贫血症症状,達到有效的治疗效果。本课题的目的就是希望寻找和确定能够特异活化γ-珠蛋白基因的因子或相关因子,为治疗镰刀形细胞镰刀型贫血症症囷重型β-地中海镰刀型贫血症症提供新方法奠定基础
我们首先分析了人脐带血、正常成人骨髓和异细胞型胎儿血红蛋白持续存在综合症(HPFH)患者骨髓来源的红系细胞培养物中的基因表达情况,检测到了大量差异表达的基因,并通过实时定量PCR的方法验证了部分基因差异表达的真实性。我们共获得了1271条差异表达序列标签(ESTs),对其中的200多条进行了克隆和测序序列比较发现这些基因包括信号转导分子、转录翻译相关因子、代謝相关的酶类、癌症或其他疾病相关因子、看家基因等,涉及到转录及翻译水平的基因表达调控、信号传导、细胞代谢、细胞分裂与凋亡及細胞分化等各种生命活动过程。这些资料为γ-珠蛋白活化因子以及珠蛋白开关的研究提供了有意义的线索
进而我们对于一个在脐带血中表达高于正常成人骨髓中的基因-CTDSPL2基因进行了深入研究。该基因编码一个小分子CTD磷酸酶类似物,在脐带血中的表达为正常成人骨髓中的2.5倍,在K562细胞hemin诱导向红系分化以及CD34+造血干/祖细胞EPO诱导向红系分化过程中表达均明显上调这些均提示其可能参与γ-珠蛋白基因的表达增加。CTDSPL2-GFP融合蛋白細胞定位显示其主要集中于细胞核,提示其可能在细胞核中参与基因的转录调控
我们实验了CTDSPL2基因在K562细胞中对于珠蛋白基因表达的调控作用。通过G418筛选获得了6株CTDSPL2过表达的稳定K562细胞株联苯胺染色检测了这些细胞在红系分化过程中的血红蛋白水平,说明CTDSPL2的过表达非常明显地促进了K562細胞中的血红蛋白水平。进一步实时定量PCR和RNase保护实验检测了过表达细胞在红系分化前后各个珠蛋白(包括α-、ξ-、ε-、γ-、β-珠蛋白)mRNA的表达變化,结果显示CTDSPL2的过表达对ε-及γ-珠蛋白基因的表达具有明显的促进作用,对α-、ξ-及β-珠蛋白基因作用微弱,在hemin诱导K562细胞向红系分化后对于各珠蛋白基因的作用与分化前基本一致同时,我们确定了CTDSPL2有效的RNAi靶点,通过慢病毒介导的基因转移获得了稳定的CTDSPL2表达抑制K562细胞株。通过联苯胺染色和实时定量PCR方法检测了稳定细胞株中的血红蛋白以及各珠蛋白mRNA的表达变化情况,结果显示CTDSPL2的表达抑制降低了K562细胞中各个珠蛋白尤其是ε-珠蛋白基因的表达,但不能抑制hemin诱导的红系分化过程中各珠蛋白基因的表达上调这些结果均说明CTDSPL2基因在K562细胞中确实具有促进ε-及γ-珠蛋白基因表达的功能,对ε-珠蛋白基因的促进作用更为明显。
在确定了CTDSPL2基因在K562细胞中对于ε-及γ-.珠蛋白基因表达的促进作用后,我们进一步实验了該基因在造血干/祖细胞红系分化过程中对于珠蛋白表达的调控作用通过体外构建载体、293T细胞包装,我们获得了较高滴度的CTDSPL2过表达以及表达抑制慢病毒颗粒,并从脐带血中分离纯化CD34+造血干/祖细胞,通过慢病毒颗粒感染CD34+造血干/祖细胞分别实现了CTDSPL2基因在脐带血来源的造血干/祖细胞中的穩定过表达和表达抑制。利用实时定量PCR方法检测了CD34+细胞在EPO诱导的红系分化前后各珠蛋白基因的表达情况,结果显示CTDSPL2在CD34+细胞中的过表达可以促進各个珠蛋白的表达上调,并更为明显地促进ε-和ξ-珠蛋白基因的表达,而在EPO诱导CD34+细胞红系分化后则显示出对ε-珠蛋白基因更为强烈的促进作鼡且CTDSPL2基因在CD34+细胞中的表达抑制也部分降低了各珠蛋白基因的表达量,对ε-珠蛋白基因的抑制作用最为明显。这些结果充分说明CTDSPL2基因在脐带血来源的造血干/祖细胞红系分化过程中具有促进ε-珠蛋白基因表达的作用,这与在K562细胞中的结果基本一致
通过以上研究,基本确定了CTDSPL2基因在K562細胞以及脐带血来源的造血干/祖细胞中对于ε-及γ-珠蛋白基因的活化作用。我们进一步对其调节ε-及γ-珠蛋白基因表达的机制进行了初步研究检测了K562细胞红系分化过程中ERK磷酸化水平的变化,发现在CTDSPL2过表达的K562细胞中ERK磷酸化水平均比对照细胞要高,但在U0126(一种ERK磷酸化抑制剂)抑制了细胞中的ERK磷酸化水平后,该基因对于珠蛋白的促进作用仍然存在,初步说明该基因促进ε-及γ-珠蛋白基因表达涉及ERK磷酸化水平的升高但不依赖于ERK嘚磷酸化。用实时定量PCR以及Western
blot方法检测了过表达稳定细胞株中9种与珠蛋白基因调节相关的转录因子的表达,结果显示该基因在一定程度上可能通过促进FKLF、GATAl、NF-E4等转录因子的表达来促进ε-及γ-珠蛋白基因表达我们还通过免疫共沉淀的方法分离了可能与CTDSPL2相互作用的蛋白,并进行了质谱鑒定分析,获得了CTDSPL2可能相互作用蛋白的初步线索。
我们的结果鉴别和初步确定了CTDSPL2是一个新的能够活化ε-及γ-珠蛋白基因的蛋白因子,并初步实驗了这一因子的作用机制这些为珠蛋白基因表达调控及开关机制的揭示奠定了一定基础,为通过活化ε-或γ-珠蛋白治疗镰刀形细胞镰刀型貧血症症和重型β-地中海镰刀型贫血症症提供了新的候选基因和初步的实验依据。
【学位授予单位】:中国协和医科大学
【学位授予年份】:2008