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最近他带领的研究小组,在 Cell 子刊 Cell Stem Cell 发表题为 “CDK6 Levels Regulate Quiescence Exit in Human Hematopoietic Stem Cells” 的学术论文,表明人类长期(LT)和短期(ST)造血干细胞(HSCs)都是同样静止的,LT-和 ST-HSCs 在分裂动力学和 CDK6 表达方面有所差异,CDK6表达调节着 HSC 静止期退出的时间,静止期的差异调控有助于维持造血作用。
造血作用(Hematopoiesis)通过严格调控造血干细胞(HSCs)及其后代,确保稳态和应激条件下的血液需求得以满足。造血干细胞具有独特的自我更新能力,一经移植到骨髓抑制宿主中,即可提供整个造血系统长期、连续的重建。造血干细胞的功能性自我更新,与细胞周期活性的降低有关。有开创性论文表明,随着造血干细胞逐渐分化成谱系限制性祖细胞,细胞周期变得越来越频繁。" s- Z" d; Y6 O5 F
) T/ B虽然在 40 年前造血干细胞区室被认为其细胞周期是异质性的,但是最近才得到了如下实验证据的支持:(1)标记保留研究最后证实,HSC池包括至少两个区室,具有不同的分裂频率。(2)大多数休眠细胞具有最高的再生能力,能够可逆地通过外部提示(尤其是对损伤),进入细胞周期。(3)HSC池被分为长期(LT),中期(IT-),短期(ST-)的造血干细胞和多能祖细胞(MPP),并根据逐步降低的增殖能力和增强的细胞周期性能,被分层次地组织。而分层组织的造血干细胞亚群被广泛认为可预防造血干细胞衰竭,并保持终身的血液生产,关于 “ 控制每个 HSC 子集变量循环性质的分子机制 ” 方面的知识,还是相对缺乏的。 & C* y) t- b3 u9 `9 P
静止期(Quiescence),也称为 G0,是造血干细胞一个最典型的特征,由Lajtha 于1963年第一次描述。大多数 HSC 功能发生改变的转基因和基因敲除小鼠模型,静止期减少,从而导致造血干细胞衰竭。造血干细胞的静止期和罕见细胞周期,被认为可防止损伤的积累,并且 HSC 静止期维持受损,会引起老化和白血病。然而,我们还缺乏对于 “ 造血干细胞如何从静止期转换到细胞周期?分裂、自我更新和分化是如何整合的?”的认识。
一旦接收到有丝分裂的信号,就必然发生多个进程:造血干细胞必须退出休眠,进入细胞周期,然后必须完成一次分裂。这就需要重新激活所有必要的代谢和细胞周期机制。稳态倍增时间分析表明,ST-HSCs和 MPPs 比LT-HSCs分裂的更频繁。7
关于静止期退出,我们还知之甚少。它是否以及如何有差异地调节不同的造血干细胞亚群,以及它退出的持续时间是否会影响造血干细胞的功能,目前尚不清楚。最近该研究小组发现,促有丝分裂信号刺激之后从 G0 经有丝分裂开始的一次分裂持续时间,在 IT-HSCs 中短于LT-HSCs。
) J& d IT/ST-HSCs细胞周期增加的根本机制未知,理论上可能是由于(1)来自外部刺激的更容易的刺激,(2)在 G0 的时间更少,(3)静止期退出更快,(4)分裂完成的更快,或(5)以上各项的组合。非常必要有一个综合的观点,来确定 HSC 子集的这些特性是如何分子调控的。
在这项研究中,研究人员报道称,静止期退出动力学在人类 HSC 亚群中是通过 CDK6 的表达水平而差异调节的。LT-HSCs缺乏 CDK6 蛋白。短期(ST)-HSCs也是静止的,但含有高水平的 CDK6 蛋白,经促有丝分裂刺激后,可允许快速的进入细胞周期。LT-HSCs中进行的 CDK6 表达,可缩短静止期退出,并赋予竞争优势,而不影响功能。
0 x(k7计算模拟分析表明,静止期退出动力学的这种独立控制,可固有地限制 LT-HSC 分裂,并保存 HSC 池以确保终身的造血作用。因此,CDK6的差异表达,是功能性调节这种高度再生系统的干细胞静止状态异质性的基础。(来源:生物通)
CDK6 Levels Regulate Quiescence Exit in Human Hematopoietic Stem Cells3 _4 `: e; x# f% E
Summary:Regulated blood production is achieved through the hierarchical organization of dormant hematopoietic stem cell (HSC) subsets that differ in self-renewal potential and division frequency, with long-term (LT)-HSCs dividing the least. The molecular mechanisms underlying this variability in HSC division kinetics are unknown. We report here that quiescence exit kinetics are differentially regulated within human HSC subsets through the expression level of CDK6. LT-HSCs lack CDK6 protein. Short-term (ST)-HSCs are also quiescent but contain high CDK6 protein levels that permit rapid cell cycle entry upon mitogenic stimulation. Enforced CDK6 expression in LT-HSCs shortens quiescence exit and confers competitive advantage without impacting function. Computational modeling suggests that this independent control of quiescence exit kinetics inherently limits LT-HSC divisions and preserves the HSC pool to ensure lifelong hematopoiesis. Thus, differential expression of CDK6 underlies heterogeneity in stem cell quiescence states that functionally regulates this highly regenerative system.