基因组印记(genomic imprinting)阻止了过早召唤后备造血干细胞。基因组印记是指在哺乳动物中特异地关闭两个基因拷贝其中一个的一种特殊遗传现象。
活跃造血干细胞形成了日常供给线,不断地补充耗尽的血液细胞和免疫细胞,而储备库则作为备用系统,在需求增长时介入替代受损的活跃造血干细胞。要维持这一终身造血干细胞战略储备库,确保后备成员不会同时一起被动员至关重要。基因组印记提供了另一层的调控。
基因组印记是调控胎儿生长和发育的一个重要机制,理所当然,错误的印记与人类的疾病也存在关联。然而,科学家们对于基因组印记是否在成人干细胞中也发挥作用却不是很清楚。
在早先的一些小鼠研究中,李凌衡和他的合作者们证实,随着造血干细胞踏上它们的旅程,从静息储备细胞转变为多谱系祖细胞,几个印记基因的表达会发生改变。
在当前的研究中,Stowers医学研究所的研究人员将焦点放在了一个差异印记控制区域上,其驱动了母源等位基因和父源等位基因分别表达H19和Igf2。
该研究的第一作者、李凌衡实验室前博士后Aparna Venkatraman开发了一种小鼠模型,使得她能够特异地除去母源等位基因的这一印记控制区域。因此,控制生长的H19基因不再活跃,而父源和母源等位基因现在均可表达促进细胞分裂的Igf2基因。
为了评估印记控制丧失对于维持静息造血干细胞池的影响,Venkatraman分析了小鼠骨髓中静息的、活跃的以及分化造血干细胞的数量。
“当基因组印记提供的表观遗传控制被除去时,大量的静息造血干细胞被激活,造成了一批激活干细胞通过不同的成熟阶段,”Venkatraman说。接着她仔细地调查了Igf2信号通路在诱导静息造血干细胞启动分裂,成熟为多谱系祖细胞,最终生成特化血细胞中的作用。
Igf2是一种重要的生长因子,在胎儿发育过程中高度活跃,其调控失常可导致例如Beckwith-Wiedemann综合征等过度发育疾病。它通过Igf1受体,诱导一个胞内信号级联反应刺激细胞增殖,发挥促生长效应。Igf1受体的表达受到H19的调控。H19基因的不同寻常之处在于,它可以编码一种称作为miR-675的调控microRNA,转而抑制Igf1受体的翻译。“当这一印记区域除去之时,Igf2-Igf1r信号通路被激活。由此产生的生长信号触发了不适当的静息造血干细胞激活和增殖,最终导致了储备库过早耗尽。”