PDK1在造血干细胞发育中的作用及其机制的研究

PDK1 phosphorylates serine or threonine residue of AGC kinase family to regulate AKT and PI3K/AKT/mTOR signaling pathway. It plays important roles in cell cycle, cell proliferation and cell survive. Previous studies showed that disruption of PDK1 leads to embryonic lethality, indicating it exerts essential role(s) in embryonic development. In adult hematopoiesis, we found that PDK1 ablation increased cell cycle entry. Furthermore, bone marrow transplantation of PDK1 deficient HSCs indicated a significant reduced transplantation ability. These studies indicate that PDK1 regulates hematopoiesis in adult. We showed that the deletion of PDK1 in AML cells induced LSC apoptosis and prolonged the survival of AML mice. Thus PDK1 potentially could be a cancer drug target. At present, the role of PDK1 on developmental hematopoiesis is still unclear. Identification the role(s) of PDK1 on developmental hematopoiesis will help us to understand the mechanism of hematopoietic stem cells development and provide basis for cancer treatment. In this study, we will utilize VEC-Cre and Vav-Cre transgenic mice to delete PDK1 in specific developmental stages and tissues of blood organ, and to study the role and mechanism of PDK1 in developmental hematopoiesis.

PDK1磷酸化AGC蛋白激酶丝氨酸或苏氨酸残基，调节AKT及PI3K/AKT/mTOR信号通路，影响细胞周期、增殖和生存。研究结果显示PDK1缺失导致胚胎死亡，表明其在胚胎发育过程中发挥重要作用。在成体造血中，PDK1缺失的成体HSCs处于G0期的细胞比例减少，移植实验观察到缺失PDK1造血重建能力显著下降。表明PDK1在造血过程中发挥重要的作用。同时PDK1敲除促进白血病干细胞的凋亡，延缓小鼠死亡，PDK1有望成为治疗靶点。研究PDK1在早期造血中的作用，有助于我们理解造血干细胞的发生，扩增及成熟过程中的作用，而全面系统的研究早期造血过程的干细胞分子调控机制为研究造血细胞肿瘤发生发展提供基础。本课题中，我们将1）应用VEC-Cre和Vav-Cre小鼠在造血早期发育不同时期敲除PDK1，研究造血干细胞在造血发育不同阶段中PDK1对造血的影响； 2）明确PDK1影响造血干细胞功能的作用机制。

磷酸肌醇依赖激酶1（PDK1）对B细胞、T细胞及血小板均具有重要的调控作用。然而，PDK1对造血干细胞的调控，尤其是处于胎肝（fetal liver）时期的造血干细胞（HSC）的调控作用目前还所知甚少。而胎肝是胚胎时期的一个重要造血器官，并且是造血干细胞扩增和分化的一个重要位点。因此，我们通过杂交Vav-cre转基因小鼠和PDK1f/f 小鼠获得在造血细胞中特异性敲除PDK1的胎鼠。通过HSC移植实验，我们发现，相比较与对照组PDK1f/f 和 PDK1f/+ ，来源于 Vav-Cre;PDK1f/f 胚胎15.5天（E15.5）胎肝中的造血干细胞的重建造血能力严重受损。此外，我们还发现，和对照组相比，敲除组胎肝中有更多的造血干细胞进入细胞凋亡和细胞周期中。通过对比敲除组和对照组的基因表达谱，我们发现敲除组的PUMA及细胞周期蛋白家族呈高表达模式。这也可以解释为什么在造血细胞中敲除PDK1后，更多的造血干细胞进入了程序性死亡和细胞周期中。同时，我们还发现，在缺乏PDK1的造血干细胞中，FoxO3a的表达增加，这暗示着Akt-FoxO3a-PUMA 轴可能参与E15.5胎肝造血干细胞的凋亡。相反，相对于对照组，在缺乏PDK1的造血干细胞中，其FoxO1的表达减低，这暗示着Akt-FoxO1-CCND有可能参与调控造血干细胞的细胞周期。综上所述，我们的研究揭示了PDK1通过Akt-FOXO信号通路调控造血干细胞的凋亡和细胞周期来维持胎肝的造血作用。