DNA双链断裂修复基因Nbs1在造血干细胞维持和衰老中的功能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81571380
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1902.衰老相关疾病
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Tissue homeostasis in adult animals is maintained by the tissue specific adult stem cells. They self-renew to sustain stem cell pool and differentiate to generate functionally committed progenies to maintain tissue integrity. DNA damage is one of the key factors in quality control of adult stem cells. In mammals, DNA damage responses are the key mechanisms to maintain the genomic stability and thus to prevent the organismal ageing. DNA double strand break (DSB) repair gene Nbs1 senses the DSB, and activates the DSB repair signaling pathway. Mutation of NBS1 in human causes autosomal recessive disorder Nijmegen breakage syndrome, characterized by growth retardation, microcephaly, immunodeficiency, lymphoma predisposition and a shorter life span. Previously we have generated mouse models with central nervous system and T cell specific depletion of Nbs1, Mechanistically,Nbs1 is essential to repair those physiologically generated DSBs and thus safeguards the proper development of brain and thymus. However, a direct link of Nbs1 in adult stem cell maintenance and ageing process is still missing. In this application, by generating the mouse model with Nbs1 specific deletion in hematopoietic stem cells (HSCs), we propose to functionally characterize the role of Nbs1 mediated DSB repair pathway in HSC maintenance and ageing. Furthermore, we intend to investigate cell fate determination mechanisms on HSCs and their progenies responding to Nbs1 null generated DSBs. Our study could, not only, fill in the knowledge gap of Nbs1 in HSC maintenance, but also shed light on the contribution of DNA damage response to HSC ageing. In addition, this research may be useful for the mechanistic control in ex vivo expansion of HSCs for therapeutic applications.
成体干细胞是维持生物体组织动态平衡,防止机体衰老和老年退行性疾病的重要因素。成体干细胞中DNA损伤的累积破坏其自我更新和分化能力,促进生物体衰老。DNA损伤应答反应是维护细胞基因组稳定性的核心机制。Nbs1识别和修复DNA双链断裂。人类NBS1突变导致Nijmegen 断裂综合症,其临床症状是小头畸形,免疫缺陷、多发性淋巴瘤,且病人多在青壮年早衰死亡。前期研究揭示Nbs1通过修复生理状态下产生的DSB来确保神经系统和胸腺正常发育。但是Nbs1在衰老中机制尚不明确。造血干细胞(HSC)稳态维持是防止机体衰老的保障。本项目拟采用HSC特异性Nbs1敲除小鼠,研究Nbs1介导的DNA损伤修复机制在HSC稳态维持和衰老中重要作用,揭示HSC面对DNA损伤信号时细胞命运抉择及其分子机理。研究成果将填补Nbs1在HSC研究中的空白,加深对DNA损伤与HSC衰老的认识,同时为HSC体外扩增提供新思路。

结项摘要

组织特异性干细胞,通过其自我更新和分化能力,维持组织稳态和生命有机体年轻态。基因组稳定性维持是保证组织特异性干细胞自我更新和分化以及对抗衰老的重要机制。DNA双链断裂修复机制是维持细胞基因组稳定性的重要保障。本研究以DNA双链断裂修复基因Nbs1为切入点,以造血干细胞(HSC)为研究对象,采用两种方式构建了Nbs1在HSC中特异性敲除小鼠,研究了DNA双链断裂修复机制在HSC自我更新/分化,以及造血系统稳态维持和衰老中功能。研究发现:.1.构建了Nbs1在成体HSC中诱导型敲除小鼠模型(Nbs1F/FMx-Cre+)。研究揭示,在成年小鼠中诱导Nbs1敲除造成骨髓中造血细胞数目锐减,造血前体细胞比率降低,但LSK细胞比率无变化,长程HSC(CD34-LSK,LT-HSC)比率略有增加。同时,Nbs1敲除造成本应处于静息状态的LT-HSC中DNA损伤累积,进入细胞周期进行增殖。.2.构建了Nbs1在胚胎造血干细胞中特异性敲除小鼠(Nbs1F/FVav-Cre+)。研究发现Nbs1在胚胎HSC中敲除导致约50%的突变小鼠在胚胎期死亡,可出生的突变小鼠在出生11天内由于造血系统衰竭而死。Nbs1敲除造成胚胎肝脏中造血系统发育异常,成熟造血细胞/造血前体细胞数目急剧降低,但是HSC数目存在显著升高。对HSC深入分析表明:1)相对于野生型小鼠中活跃增殖的HSC,Nbs1缺陷型HSC过早退出细胞周期,这可能是由于Nbs1缺陷型HSC中存在低度的p21升高,导致细胞周期抑制所致;2)HSC和造血前体细胞应对DNA双链断裂存在不同的命运决定机制:HSC倾向于激活细胞周期阻滞从而起到自保;而造血前体细胞通过表达高程度的细胞凋亡因子起始细胞死亡命运;3)Nbs1敲除造成造血系统中DNA损伤修复反应(如p53通路)激活,但是p53敲除却不能拯救Nbs1缺陷型小鼠的死亡,反而加速其死亡。.综上,DNA双链断裂修复机制是HSC增殖和稳态维持的重要调控机制,其功能缺失导致造血系统稳态失衡和小鼠生命力降低;结合已发表人类脐血HSC和小鼠成体HSC的研究数据,我们的研究表明人和小鼠胚胎来源HSC和造血前体细胞在应对DNA损伤时存在命运差异,人脐血HSC面对DNA损伤时倾向于细胞凋亡;而小鼠HSC,不论成体和胚胎来源,均趋向于细胞周期阻滞。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Telomeric epigenetic response mediated by Gadd45a regulates stem cell aging and lifespan
Gadd45a介导的端粒表观遗传反应调节干细胞衰老和寿命
  • DOI:
    10.15252/embr.201745494
  • 发表时间:
    2018-10-01
  • 期刊:
    EMBO REPORTS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Diao, Daojun;Wang, Hu;Ju, Zhenyu
  • 通讯作者:
    Ju, Zhenyu
DNA Damage Response in Hematopoietic Stem Cell Ageing.
造血干细胞衰老中的DNA损伤反应
  • DOI:
    10.1016/j.gpb.2016.04.002
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Genomics, proteomics & bioinformatics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li T;Zhou ZW;Ju Z;Wang ZQ
  • 通讯作者:
    Wang ZQ
Nonsense-mediated mRNA decay: a 'nonsense' pathway makes sense in stem cell biology.
无义介导的 mRNA 衰减:“无义”途径在干细胞生物学中有意义
  • DOI:
    10.1093/nar/gkx1272
  • 发表时间:
    2018-02-16
  • 期刊:
    Nucleic acids research
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Han X;Wei Y;Wang H;Wang F;Ju Z;Li T
  • 通讯作者:
    Li T

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其他文献

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李唐亮的其他基金

无义介导的mRNA降解通路分子Smg6在哺乳动物大脑发育中的功能及其机制研究
  • 批准号:
    31770871
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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