利用斑马鱼模型揭示造血干细胞归巢的细胞学过程及分子调控网络

Study the homing process of hematopoietic stem cells (HSCs) and its regulatory mechanisms is essential for our understanding the homeostasis of hematopoietic system and for the improvement of clinical HSCs transplantation, however accumulating knowledge is limited due to the absence of live tracing system in vivo. In this proposal, we plan to take advantages of efficient transgenesis and transparence of zebrafish model to establish HSC homing tracing system in vivo and further investigate its mechanisms at cellular and molecular levels. From our accomplished forward genetics screen, we have acquired a mutant line with abrogation of zebrafish itga4 gene, which specifically affects HSCs homing process. We will trace the process of HSCs entering the niche by inducible ectopic ITGA4 expression within itga4 mutant lines and transgenic lines marking fluorescence niche/stem cells. Furthermore, we will discover 3-4 new genes affecting HSCs homing from our mutant pool, and then perform the analysis related homing behavior and molecular mechanisms. Our final goal is to build up HSC homing tracing systems in vivo,investigate regulatory network, and to facilitate the discovery of regulatory small molecules affecting HSC homing and migration.

分析造血干细胞归巢和迁移行为并揭示其分子调控机理对人类认识造血系统的稳态维持和优化造血干细胞移植相关治疗方案至关重要，然而相关研究一直受制于可视踪活体观察体系的缺失，机理尚不清楚。本项目拟利用斑马鱼通体透明的独特优势，建立造血干细胞与其微环境间相互作用的活体视踪体系并深入研究其细胞水平和分子水平上的调节机理。我们将利用特异影响造血干细胞归巢的斑马鱼整合素alpha4基因突变家系和标记干细胞血管微环境的转基因斑马鱼系，通过可诱导的整合素基因恢复表达和活体显微镜观察，在活体生物水平上揭示造血干细胞进入其微环境的整个动态过程。此外，我们将从已有的斑马鱼造血干细胞归巢异常突变库中找到3-4个影响干细胞迁移和归巢的新基因，并进一步观察分析其造血干细胞归巢行为和研究分子机理。我们的最终目标是建立造血干细胞归巢的活体分析系统,解析分子调控网络，并可能应用于筛选影响造血干细胞归巢和迁移的小分子化合物。

造血干细胞归巢和迁移对生理状况下造血系统的稳态维持具有重要意义；在干细胞移植和骨髓移植过程中，干细胞能否有效的归巢直接决定治疗的效果，然而相关研究一直受限于活体观察体系的缺失，机理尚不清楚。.本项目借助斑马鱼通体透明的独特优势，建立造血干细胞与其微环境间相互作用的活体示踪体系并深入研究其细胞水平和分子水平上的调节机理。我们借助整合素α4（itga4）突变家系探究了造血干细胞与微环境的相互作用，发现在itga4基因缺失的情况，造血干细胞无法长期稳定的停留于其微环境之中。通过进一步活体成像观察我们发现微环境细胞会响应造血干细胞的归巢过程，即当干细胞进入微环境后，其周围的内皮细胞会迅速发生变构，将干细胞包裹在其中，并促进其停留和增殖等过程。上述研究让我们对造血干细胞归巢的功能和意义有了更深刻的了解。.此外，我们从已有的斑马鱼造血干细胞突变鱼系中筛选了几个可能影响干细胞迁移和归巢的突变鱼系，通过原位杂交和定位克隆确定了其中一个鱼系的表型和突变基因。为我们解析造血干细胞归巢调控网络和探究其分子机理提供了可能。