Inflammatory Regulation of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells to Enhance Innate Immunity

造血干细胞和祖细胞的炎症调节以增强先天免疫

基本信息

  • 批准号:
    9383703
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.83万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary / Abstract Neutropenia, a deficiency in certain white blood cells, is a common side effect of chemotherapy that exposes patients to a high risk of death from opportunistic infections. Existing methods to restore neutrophils, including G-CSF administration and granulocyte infusions, have not produced a clear improvement in outcome, and new approaches are needed. White blood cells are the product of bone marrow hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) that can be triggered to divide and differentiate by circulating inflammatory signals. Our prior work shows that the inflammatory cytokine interferon gamma (IFNg) is a potent stimulus for hematopoietic stem cell (HSC) division and myeloid differentiation. Yet persistent IFNg exposure inhibits HSC self-renewal, eventually leading to bone marrow failure. Whether HSCs or their progeny, the multipotent progenitors (MPPs), are equally responsive to IFNg is unknown. Furthermore, a lack of molecular understanding of signaling pathways induced by IFNg to promote HSPC differentiation poses a barrier to utilizing proimmune functions of IFNg while preventing deleterious effects. In preliminary work we identify genes induced in HSCs upon IFNg stimulation, and we show by gain- and loss-of-function studies that an exemplary gene can critically regulate HSPC differentiation. Thus we hypothesize that IFNg-induced transcriptional changes can be used to activate quiescent HSCs to produce more neutrophils, resulting in improved recovery from infection. The rationale is that regulated induction of specific IFNg targets in HSCs may enhance short-term myelopoiesis without disrupting long-term bone marrow function. Three aims are designed to characterize the kinetics, mechanism, and outcome of IFNg-dependent HSPC differentiation. In Aim 1, we will measure the contribution of HSCs versus MPPs to circulating granulocytes after IFNg stimulation using lineage-tracing, thereby revealing which of these HSPC subtypes is most potent as a source of neutrophils. In Aim 2, we will evaluate IFNg-inducible factors for their role in HSPC differentiation using loss of function, xenotransplant, and functional biochemical studies. Finally, in Aim 3, we will test the utility of IFNg-induced HSPC myeloid differentiation in pathogen clearance using a mouse model of Group A Streptococcal myositis. Studies in Aim 3 will be informed by, but not dependent on, results of Aims 1 and 2. These studies will provide critical mechanistic data needed to design novel stem cell-based therapies for neutropenic fever and may reveal new insights into bone marrow failure syndromes that result from excessive inflammation.
项目概要/摘要 中性粒细胞减少症是某些白细胞的缺乏,是化疗的常见副作用。 患者因机会性感染而死亡的风险很高。恢复中性粒细胞的现有方法包括 G-CSF 给药和粒细胞输注尚未对结果产生明显改善,而新的 需要采取一些方法。白细胞是骨髓造血干细胞和祖细胞的产物 可以通过循环炎症信号触发分裂和分化的细胞(HSPC)。我们之前的 研究表明,炎症细胞因子干扰素γ (IFNg) 是造血的有效刺激物。 干细胞(HSC)分裂和骨髓分化。然而,持续的 IFNg 暴露会抑制 HSC 的自我更新, 最终导致骨髓衰竭。无论是 HSC 还是它们的后代,即多能祖细胞 (MPP), 对 IFNg 是否同样敏感尚不清楚。此外,缺乏对信号传导的分子理解 IFNg 诱导的促进 HSPC 分化的途径对利用 IFNg 的促免疫功能构成了障碍 IFNg 同时防止有害作用。在初步工作中,我们鉴定了 IFNg 在 HSC 中诱导的基因 刺激,我们通过功能获得和丧失的研究表明,一个示范基因可以严格调节 HSPC分化。因此,我们假设 IFNg 诱导的转录变化可用于激活 静止的 HSC 产生更多的中性粒细胞,从而改善感染的恢复。理由是 调节 HSC 中特定 IFNg 靶标的诱导可能会增强短期骨髓细胞生成,而无需 破坏长期骨髓功能。设计了三个目标来表征动力学、机制、 以及 IFNg 依赖性 HSPC 分化的结果。在目标 1 中,我们将衡量 HSC 的贡献 使用谱系追踪将 IFNg 刺激后的 MPP 与循环粒细胞进行比较,从而揭示哪些 这些 HSPC 亚型中的一种是最有效的中性粒细胞来源。在目标 2 中,我们将评估 IFNg 诱导型 使用功能丧失、异种移植和功能生化来确定其在 HSPC 分化中的作用的因素 研究。最后,在目标 3 中,我们将测试 IFNg 诱导的 HSPC 骨髓分化在病原体中的效用 使用 A 组链球菌肌炎小鼠模型进行清除。目标 3 的研究将被告知,但是 不依赖于目标 1 和 2 的结果。这些研究将提供所需的关键机制数据 设计针对中性粒细胞减少性发热的新型干细胞疗法,并可能揭示对骨髓的新见解 过度炎症导致的衰竭综合症。

项目成果

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