LRP5、LRP6在造血干细胞自我更新及分化中的功能研究

Multi-lineage hematopoiesis is maintained by a pool of hematopoietic stem cells (HSCs). To sustain the production of blood cells throughout the lifetime of an individual, HSCs are capable of self-renewal to maintain the HSC pool and have the ability for multi-lineage differentiation. A large number of studies from many different laboratories have implicated the Wnt signaling pathway in regulation of hematopoiesis. However, different inducible gain- and loss-of-function approaches yielded controversial and some times contradictory results. Low-density lipoprotein receptor-related proteins 5 and 6 (LRP5 and LRP6) serve as Wnt co-receptors for the canonical β-catenin pathway. While LRP6 is essential for embryogenesis, both LRP5 and LRP6 play critical roles for skeletal remodeling, osteoporosis pathogenesis and cancer formation, making LRP5 and LRP6 key therapeutic targets for cancer and disease treatment. Recent study showed that both Lrp5 and Lrp6 receptors are required to respond to physiological Wnt ligands in mammary epithelial cells. For the purpose of further clarifying the function of canonical Wnt signaling pathway in hematopoietic stem cell, we will generate LRP5 and LRP6 deficiency mice model to block the canonical Wnt / β-catenin signaling pathway in hematopoiesis. Based on the phenotype and functional analysis of dKO mice model, we will be able to further understand the molecular mechanism of canonical β-catenin pathway in the development and differentiation of HSCs. Moreover, This project will not only provide significant new insights into the roles of LRP5/6 in modulating canonical Wnt signaling in HSCs , but also will have implications for clinical stem cell biology and the development of new drugs.

Wnt/β-catenin信号通路在造血系统中的功能研究一直是生物学和医学研究的热点。大量的研究证实该信号通路中的重要辅助受体LRP5和LRP6与多种发育和分化的过程有着密切关联。最近的研究表明LRP5和LRP6对乳腺干细胞的发育分化是不可或缺的。本项目从建立造血系统发生阶段的组织特异性LRP5和LRP6双缺失小鼠模型为切入点，以进一步明确经典Wnt信号通路在造血干细胞( HSCs )中 的功能研究为目的，结合细胞免疫学、流式细胞术、分子生物学等多种前沿技术对模型动物的造血干细胞进行表型和功能分析，研究LRP5和LRP6以及经典Wnt信号通路在造血干细胞分化发育中的调控机制。本研究不但能进一步明确LRP5和LRP6 在造血系统中的调节作用，也将为以Wnt信号通路为靶向的药物开发提供理论基础。

血液干细胞（HSC）的发育和分化受到多种信号通路的调控，经典Wnt信号通路在HSC分化和自我更新中的功能一直是领域内的研究热点。本项目资助期间，主要研究方向是经典Wnt信号通路下游的两个辅受体LRP5和LRP6在HSC维系和分化中的功能和调控机制研究。以双缺失小鼠（Vav-icre-LRP5fl/fl-LRP6fl/fl）为模式动物，通过系统的实验阐明了Wnt信号通路辅助受体LRP5和LRP6通过调控Egr1、Cdkn1a、Nr4a1等重要的细胞周期调节基因，从而维系HSC自我更新及分化发育。此部分研究结果发表在2019年的FASEB Journal杂志上。资助期间的其它相关研究也已发表多篇SCI研究论文，其中5篇的研究结果与本项目相关。本项目的顺利实施，深入分析了经典Wnt信号通路辅助受体LRP5和LRP6以及下游重要基因在HSC和LSC中的重要功能，为临床应用基因和药物联合治疗相关血液疾病提供了新的切入点。本项目的研究过程中，基于相关工作结果，衍生了一些重要的科学发现：1）在HSC向着淋巴细胞发育的过程中，GABP四聚体对HSC到NK细胞的发育有着重要的调控功能，相关工作进展顺利，对NK细胞的发育与功能调控是一个重要的新发现。2）Tmco1作为一个钙调节蛋白在HSC重建过程中对淋巴细胞的发育也有着重要的作用，缺失Tmco1造成HSC重建T、B、NK等淋巴细胞的能力显著降低，相关研究正在展开，将是今后的研究重点之一。