浙江大学研究生组会文献汇报-人类造血干细胞对铁死亡的易感性

Humanhematopoieticstemcellvulnerabilitytoferroptosis人类造血干细胞对铁死亡的易感性汇报人：xxx汇报日期：202X/05/20课题小组：组会文献汇报目录CONTENTS基本信息2研究背景3研究思路4研究结果15结论与讨论6创新与启发1基本信息【发表期刊】：Cell【发表时间】：202X.02【被引数量】：44篇【DOI】:10.1016/j.cell.202X.01.020【分区】：1区【影响因子】：45.5基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发造血干细胞造血干细胞(hematopoieticstemcells，HSCs)是一种主要存在于骨髓中的成体干细胞，具有自我更新及分化为各种血细胞和免疫细胞的潜能。HSCs能在稳态条件或应激条件（如感染）下被激活，维持血细胞和免疫细胞的终生生成，即造血功能。HSCs功能的改变可导致机体骨髓衰竭或向癌前及血癌发展。2.1研究背景铁死亡铁死亡（Ferroptosis）是一种铁依赖性的脂质过氧化、ROS过量产生所致的细胞死亡类型，是一种新型程序性细胞死亡形式。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发2.1研究背景骨髓衰竭综合征骨髓衰竭综合征是一组源于造血干细胞水平损伤的骨髓衰竭疾病，累及血细胞一系或多系(红细胞系、粒单细胞系、巨核细胞系)，临床可分为遗传性及获得性两类，以获得性BMFS最常见，遗传性BMFS相对罕见。骨髓衰竭综合征其特征是由于MYSM1发生突变导致功能丧失。MYSM1

Mysm1是一种去泛素化酶，由SANT、SWIRM和MPN结构域组成，可去除组蛋白H2A上K119位点的单泛素修饰，剪切TRAF3、TRAF6和STING等模板上的多泛素链修饰，在调节造血干细胞（HSCs）的稳态和免疫细胞的分化和功能等方面发挥重要作用。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发3研究思路高度调控的低速率蛋白合成，依赖糖酵解和自噬的产能机制赋予HSCs终生造血功能HSCs丢失或功能障碍的一种遗传性疾病典型

范科尼贫血症（Fanconianemia）同源重组修复途径的一些蛋白在放置内源性醛类导致的HSC遗传毒性方面发挥关键作用MYSM1双等位基因功能缺失会导致骨髓衰竭疾病，表现为进行性HSCs丢失，成熟血细胞和免疫细胞生成水平降低

MYSM1（是一个组蛋白去泛素化酶）HSCs移植和体细胞逆转可以挽救这些表型基于类推思维，猜测针对MYSM1双等位基因功能缺失所致骨髓衰竭疾病的研究，很可能会揭示一些前所未见的HSCs稳态调节机制基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果1：MYSM1缺失损害人类HSC功能不同突变导致的骨髓衰竭综合征4患者导致MYSM1功能丧失。通过CRISPR-Cas9技术构建了MYSM1缺失人类HSPCs（造血干细胞和祖细胞）细胞模型与AAVS1对照组相比，MYSM1敲除组long-term(LT-)和short-term(ST-)表型的HSCs均减少。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果1：MYSM1缺失损害人类HSC功能对AAVS1对照组和MYSM1敲除组的CD34+CD45RA-CD90+细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），观察到一类细胞的显著减少，这类细胞具有一种已知会在HSCs细胞富集的模板特征。将AAVS1对照和MYSM1敲除的脐带血CD34+HSPCs移植到NBSGW免疫缺陷小鼠和Kit突变小鼠，4个月后小鼠体内的造血功能将主要由移植的HSCs驱动。在MYSM1敲除组小鼠外周血、骨髓和脾脏中，人CD45+细胞的移植量显著低；与移植前的CD34+HSPCs相比，移植后的整体细胞敲除率也明显降低。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果1：MYSM1缺失损害人类HSC功能根据主要图谱系的分析结果显示，这种HSC丢失对MYSM1缺失细胞的高度选择性；并且所有谱系细胞都受到了影响。研究结果1表明：MYSM1的正常表达对人体HSCs稳态的维持是必不可少的，MYSM1缺失会影响HSC功能。MYSM1敲除HSCs能够真实地模拟MYSM1突变患者的骨髓衰竭表型，是一种有效的细胞模型。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果2：MYSM1缺失导致HSCs蛋白质合成率降低研究结果1表明：为确定MYSM1缺失如何损害人类HSC的功能，去分析那具有HSC模板特征细胞的scRNA-seq数据，结果显示：与核糖体生物发生和翻译调节有关的基因集和基因有明显下调。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果2：MYSM1缺失导致HSCs蛋白质合成率降低基因集富集分析（GSEA）也印证了：发现参与翻译启动和核糖体形成的基因在MYSM1敲除HSC中显著缺失；核糖体蛋白水平也显著降低；OP-puro标记CD34+CD45RA-CD90+细胞，通过流式细胞术跟踪细胞内的新生蛋白合成。与AAVS1对照组相比，MYSM1敲除HSCs的蛋白质合成率降低到50%左右。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果2：MYSM1缺失导致HSCs蛋白质合成率降低通过慢病毒挽救被敲除的细胞，确认这种蛋白质合成缺陷是由于MYSM1活性丢失所造成，而源自患者的几种MYSM1突变体均不能挽救该表型，MYSM1缺失导致翻译减少。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果3：MYSM1缺乏情况下HSC的功能受损与铁代谢相关通过继续分析scRNA-seq数据，在MYSM1敲除HSCs中，大量上调的基因，其中氧化剂解毒、抗氧化和铁结合相关基因有明显富集，涉及铁代谢和抗氧化活性基因明显上调，但铁吸收相关基因则明显减少，暗示MYSM1敲除HSCs可能经历显著的氧化应激，并伴随着铁处理失调。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果3：MYSM1缺乏情况下HSC的功能受损与铁代谢相关使用CellROX染料检测了CD34+CD45RA-CD90+细胞的整体氧化应激情况，发现MYSM1敲除细胞显示出整体增加的ROS水平；脂质染料BODIPYC11染色还发现在MYSM1敲除HSCs中脂质过氧化水平明显增加。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果3：MYSM1缺乏情况下HSC的功能受损与铁代谢相关在铁代谢方面：观察到对照组和敲除组HSCs之间的细胞内总铁水平没有变化，但MYSM1敲除HSCs中氧化还原活性亚铁（Fe2+）的细胞内浓度明显高于对照组；而在MYSM1敲除细胞中，关键铁处理过程之一的血红素合成似乎受到了抑制，而且细胞内易流失的血红素水平也有所下降；在HSC的scRNA-seq数据中观察到GPX4mRNA的转录上调，但在MYSM1敲除的HSCs中，GPX4的活性却明显降低。以上数据说明：MYSM1敲除细胞内增加ROS水平，可能是HSCs功能障碍的原因，由铁处理失调所引起。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果4：MYSM1缺乏情况下HSCs的丢失由铁死亡所致电子显微镜观察了AAVS1或MYSM1敲除的CD34+CD45RA-CD90+细胞，发现了MYSM1敲除后铁死亡的形态学特征，包括线粒体萎缩和线粒体嵴减少。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果4：MYSM1缺乏情况下HSCs的丢失由铁死亡所致对MYSM1敲除组细胞进行了脂质组学分析，结果显示：各种多不饱和磷脂的消耗量很大，这些磷脂受脂质过氧化的影响最深。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果4：MYSM1缺乏情况下HSCs的丢失由铁死亡所致绝大多数被耗尽的磷脂是醚连接磷脂，特别是人类HSCs中的1-O-烯基甘油磷脂，此外，甘油三酯种类的上调，这可能是由于在铁死亡的情况下脂质过氧化后的变化。以上数据强烈表明：MYSM1缺乏情况下HSCs的丢失是铁死亡所致。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果5：抑制铁死亡可恢复由MYSM1缺失导致的HSC丢失实验结果显示，所有的铁死亡抑制剂都能完全恢复因MYSM1缺失而导致的LT-和ST-HSCs的损失，而不会对亲代CD34+CD45RA-祖细胞群产生任何改变。此外，所有的铁死亡抑制剂都能够完全恢复和减少MYSM1编辑的细胞中泛ROS水平的升高和脂质过氧化，而不影响受损的蛋白质合成率。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果5：抑制铁死亡可恢复由MYSM1缺失导致的HSC丢失将AAVS1和MYSM1编辑的脐带血CD34+HSPCs移植到NBSGW小鼠体内，3%DMSO作对照，用铁死亡抑制剂liproxstatin-1处理小鼠。结果发现liproxstatin-1处理小鼠显示出MYSM1缺失人类HSPCs移植情况的明显改善。此外，MYSM1敲除细胞也在挽救中被保留下来，进一步支持MYSM1缺失的HSCs的移植得到改善。在骨髓、脾脏和所有谱系中都观察到近乎完全的恢复。以上结果表明，不论是体外还是体内，抑制铁死亡即可完全挽救伴随MYSM1丢失的人类HSC缺陷。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果6：MYSM1缺失的HSCs由于保护因子的翻译下调而诱发铁死亡虽然铁的运输、储存和代谢以及抗氧化基因转录上调或保持不变，但包括GPX4、SLC7A11和FTH1在内的关键蛋白水平在HSPCs中都明显降低，在原始HSC富集的CD34+CD45RA-CD90+区段中降低幅度最大，这可以通过重新表达野生型MYSM1来恢复，而不能通过与疾病相关的功能丧失突变体进行恢复。在MYSM1敲除的细胞中，参与保护免于铁死亡的基因在翻译效率(TE)方面显着下调，而编码这些基因的mRNA的转录上调形成对比。转录富集的途径，如铁死亡、胆固醇和脂质合成以及抗氧化活性都被发现属于翻译下调最多的途径。对核糖体分析与大规模并行测序发现：MYSM1是最显着下调的基因之一。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果6：MYSM1缺失的HSCs由于保护因子的翻译下调而诱发铁死亡对翻译下调的mRNA的5‘UTR进行的基序分析发现，这些基序由于MYSM1的缺失导致翻译效率较低，并且这些基序富含通常用于限制铁死亡的因子，为观察到这些因子的选择性下调提供模板基础；同样，当修改为这些mRNA的5'UTR基序时，他们的翻译效率也得以恢复。以上结果表明：MYSM1缺失导致铁死亡保护因子的翻译效率下调而诱发铁死亡，进而造成HSCs的丢失。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果7：健康HSCs由于低蛋白合成水平而选择性地易受铁死亡影响通过使用了几种特征良好的铁死亡小模板诱导剂，包括erastin、FIN56、FINO2和RSL3，以及GPX4的基因组编辑来扰乱人类HSPCs，发现：与大量人类HSPCs相比，健康的HSC通过所有这些不同且互补的方式选择性地易受铁死亡影响；所有这些导致HSCs铁死亡的处理，增加了整体ROS水平和原始HSC富集的CD34+CD45RA-CD90+区段的脂质过氧化。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果7：健康HSCs由于低蛋白合成水平而选择性地易受铁死亡影响通过增加正常MYSM1的表达，可以防止两种不同浓度的erastin或RSL3在HSC中诱导铁死亡。只有HSC对铁死亡诱导表现出高度敏感性，但分化程度更高的CD34+CD45RA-祖细胞则没有。MYSM1的正常而非疾病相关突变形式在HSC区段的蛋白质合成率增加。以上结果表明，低蛋白合成水平是HSCs易受铁死亡影响的根本原因。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发4研究结果7：健康HSCs由于低蛋白合成水平而选择性地易受铁死亡影响构建两种常见遗传因素（FANCA或FANCD2缺失）导致的范科尼贫血症细胞模型，通过使用ferrostatin-1抑制铁死亡同样能够恢复范科尼贫血症途径中产生的LT-和ST-HSCs损失。基本信息研究背景研究思路研究结果结论与讨论创新与启发5.1结论综上所述，该模队揭示了组蛋白去泛素酶（MYSM1）功能缺失突变而导致的罕见先疾病—骨髓衰竭综合征4的致病机制：MYSM1功能缺失下调mRNA的翻译效率，导致造血干细胞（HSCs）的蛋白合成速率进一步降低，影响铁死亡保护因子的翻译表达，进而激活细胞铁死亡，导致HSCs的丢失。正常HSCs会因为其独