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PCGF家族蛋白在人红系祖细胞增殖和分化中的作用研究

批准号:
82100243
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘森泉
依托单位:
学科分类:
输血、血液再生与血液制品
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘森泉

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
红细胞输注是临床上应用最广泛的细胞治疗手段,来源主要依赖志愿者外周血捐献。供者不足、感染风险、稀有血型缺乏等仍是世界性的输血难题。过去几十年全世界科学家都致力于开发红细胞替代品用于输血,但均未成功。因此,如何在体外大量生产成熟红细胞已成为该领域的重大挑战和研究热点。我们前期研究建立了从人外周血单个核细胞大量扩增红系祖细胞并高效诱导分化为成熟红细胞的实验体系,首次发现外源表达PCGF4/BMI1基因可以促使红系祖细胞体外扩增高达一万亿倍,同时保留了进一步分化成熟的潜力。在此工作基础上,本项目将以红系祖细胞体外扩增和分化脱核为研究模型,采用慢病毒感染的方式进行人多梳环指蛋白家族(PCGF)基因的敲低和过表达,系统地探索PCGF家族其余成员在人红系祖细胞增殖分化中的作用,并进一步通过多组学分析探讨PCGF-PRC1介导的表观遗传调控机制,为体外制备大量成熟红细胞并应用于临床提供理论依据。
英文摘要
Transfusion of red blood cells (RBCs), which are mostly donated from healthy donors, is a standard and indispensable cellular therapy in current clinical practice. Due to limited donor availability, risks of pathogen contaminations and potential allo-immunization to donor RBCs even after ABO blood-type matching, ex vivo production of functional erythrocytes in a laboratory setting is highly desirable and has been pursued in the past decades. However, generating physiological numbers of transfusable cultured RBCs (cRBCs) ex-vivo remains challenging, due to our inability to either extensively expand primary RBC precursors (erythroblasts) or achieve efficient enucleation once erythroblasts have been expanded and induced to differentiation and maturation. In our previous study, we found that ectopic expression of the human PCGF/BMI1 gene confers extensive expansion of human erythroblasts, which can be derived readily from adult peripheral blood mononuclear cells of either healthy donors or sickle cell patients. These extensively expanded erythroblasts (E3) are able to proliferate exponentially (>1 trillion fold in 2 months) in a defined culture medium. Expanded E3 cells are karyotypically normal, and capable of terminal maturation with approximately 50% enucleation. Additionally, E3-derived cRBCs can circulate in a mouse model following transfusion similar to primary human RBCs. Based on these results, we will continue to investigate roles of polycomb group RING finger proteins on the proliferation and differentiation of human erythroblasts through lentivirus mediated gene knockdown and ovexpression. Furthermore, the second goal of this proposal is to explore the mechanism of PCGF-PRC1 related epigenetic regulation. This new project is highly innovative both conceptually and technologically. The success of this project will provide key evidence for generation of large-scale mature RBCs from extensively expanded erythroblasts for clinical applications.
红细胞输注作为临床应用最为广泛的细胞治疗策略,在拯救无数生命、改善患者健康状况方面发挥着不可替代的作用。然而,当前这一策略正面临着诸多严峻挑战。供血资源的有限性始终是一大瓶颈,难以满足日益增长的临床需求。与此同时,病原体污染的风险时刻威胁着输血安全。此外,免疫反应的不确定性也给治疗过程带来了诸多风险,可能引发一系列不良后果。鉴于此,如何在体外大量生产成熟红细胞,已然成为该领域亟待攻克的重大挑战,同时也吸引了众多科研人员的目光,成为研究热点。为有效解决以上难题,本项目选取人红系祖细胞体外扩增和脱核分化作为研究模型,致力于安全、可靠、高效的体外红细胞生产体系的研发。与此同时,对 PCGFs 在红系细胞发育过程中的调控作用展开了系统而深入的探索。在研究初期,我们成功搭建了无血浆的红系终末分化培养体系。通过对培养基成分的筛选与优化,使得红细胞的脱核率和产量得到显著提升。进一步的研究表明,低密度脂蛋白是人血浆中支持红系祖细胞在终末分化阶段存活与增殖的关键要素。借助先进的 RNA 测序分析技术,我们揭示了脂质代谢,尤其是胆固醇合成在红系祖细胞分化进程中的关键作用。基于这些发现,我们通过补充胆固醇替代人血浆,成功开发出化学成分明确的无血浆培养基,实现了多来源红系祖细胞的高效分化与成熟。此外,对 PCGF 家族成员在红系祖细胞增殖和分化中的调控作用进行系统研究后,我们发现过表达 PCGF4 会抑制红系终末分化,而过表达 PCGF6 则能促进脱核,进而有效提升红系终末分化效率。最后,我们还成功构建了能够长期稳定扩增并正常脱核的红系祖细胞系。本项目的研究成果成功作为封面文章发表于《Advanced Science》,彰显了其在该领域的重要地位。同时,我们已申请相关专利(专利申请号 CN202310739908)。这些成果不仅具备极高的学术价值,为该领域的研究提供了新的思路与方法,更为体外大规模、安全生产功能性成熟红细胞筑牢了坚实的技术基础,有力地推动了临床输血治疗的可持续发展,为众多患者带来了新的希望。
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