研究揭示蛋白質亞硝基化修飾調控造血干細胞再生新機制

　　暨南大學衰老與再生醫學研究院研究員鞠振宇研究組與中國科學院生物物理研究所研究員陳暢研究組合作研究，揭示了蛋白質亞硝基化修飾對自我更新時期的造血干細胞蛋白穩態及存活新的調控機制。3月30日，相關研究成果在線發表在《細胞報告》上。

　　造血干細胞（Hematopoietic stem cell，HSC）是血液系統中的成體干細胞，具有長期自我更新、分化成多種成熟血細胞的能力。化療和放療等常見的癌癥治療方法在殺死癌細胞的同時損傷造血干細胞，影響血液再生和病人的免疫系統。在各種應激情況特別是骨髓移植或化療誘導的骨髓消融的情況下，造血干細胞的再生能力對于造血系統的補充至關重要。為了維持造血干細胞的長期造血重建能力，大部分的造血干細胞處在靜止狀態，棲息在低氧的環境中。然而，在增殖及自我更新的壓力下，氧化應激和硝化應激對HSC再生中的調控機制尚不清楚。

　　在鞠振宇和陳暢的指導下，研究揭示了蛋白質亞硝基化修飾對自我更新時期的造血干細胞蛋白穩態及存活的調控機制，證明了蛋白質巰基去亞硝基化關鍵酶GSNOR（S-nitroglutathione reductase）介導的蛋白亞硝基化修飾與Chop介導的未折疊蛋白反應在造血干細胞再生過程中調節HSC活性之間的機制聯系。該研究強調了在增殖應激下適當調節HSC蛋白穩態的重要性，而蛋白質硝基化修飾的干預可能有助于實現HSC的功能擴展。

　　研究發現，增殖壓力下造血干細胞中NO及整體蛋白巰基亞硝基化修飾SNO的水平明顯升高，同時伴隨著大量蛋白聚集的累積，該結果提示NO及SNO對增殖壓力下造血干細胞具有一定的調控作用。研究利用調控蛋白質巰基去亞硝基化關鍵酶GSNOR敲除的小鼠進一步發現，敲除GSNOR對于穩態情況下的造血系統表型沒有顯著影響。然而，在增殖壓力下，敲除GSNOR的小鼠HSC造血重建能力下降，自我更新能力減弱。研究通過亞硝基化修飾蛋白組學聯用質譜、流式細胞術等方法，發現敲除GSNOR的HSC中NO及整體SNO水平明顯升高，同時細胞聚集體的累積及細胞凋亡顯著增加。為了證明過度激活的NO信號通路誘導GSNOR敲除小鼠HSC重構缺陷的假設，研究用NO的抑制劑L-NAME處理，發現GSNOR敲除小鼠的造血重建能力及自我更新能力均明顯增強。同時，給予幫助蛋白折疊的分子伴侶TCA處理及在GSNOR敲除小鼠中同時敲除誘導凋亡的Chop基因，均能明顯改善GSNOR敲除小鼠的造血重建能力。

　　作為一種翻譯后修飾，蛋白質巰基亞硝基修飾是信號轉導途徑的重要介體。異常巰基亞硝基化修飾通常會影響蛋白質錯誤折疊并導致內質網應激，從而導致細胞功能受損。研究顯示再生應激下HSC中蛋白質巰基亞硝基化和蛋白質聚集水平增加，這加強了蛋白質巰基亞硝基化增加與蛋白質折疊受損之間的關系。敲除GSNOR細胞中，一些熱休克蛋白HSP60、HSP70和HSP90（蛋白質折疊所需的重要伴侶）巰基亞硝基化修飾水平顯著增加。研究測定了熱休克蛋白90（HSP90）的巰基亞硝基化及其在蛋白質聚集中的作用。該研究報道了HSP90在GSNOR敲除細胞中的M結構域（Cys521/590/591）新的巰基亞硝基化殘基修飾并證明它可影響HSP90的蛋白質折疊功能，引起蛋白質聚集。通過突變HSP90的亞硝基化殘基逆轉巰基亞硝基化修飾可顯著改善GSNOR敲除引起的蛋白質聚集。研究發現，HSP90的巰基亞硝基化修飾損害了其蛋白質折疊活性，導致應激時GSNOR敲除細胞中蛋白質聚集的累積。鑒于GSNOR缺乏可以通過增加許多蛋白質的巰基亞硝基化修飾誘導蛋白質聚集，后續確定GSNOR調節未折疊蛋白質反應的其他重要靶點具有重要意義。

　　該研究解釋了在調節HSC再生過程中GSNOR介導的蛋白巰基亞硝基化和Chop介導的未折疊蛋白反應之間重要機制聯系，強調了HSC蛋白穩態調節在生理情況以及增殖應激下維持HSC應激活性的重要性。同時，在增殖壓力下，蛋白亞硝基化修飾調控可能有助于實現HSC功能擴增，且不會影響其存活。這一研究為造血干細胞再生的調控提供了新的理論基礎。

　　鞠振宇、陳暢以及暨南大學衰老與再生醫學研究院教授陳陟陽、副教授劉波為論文的共同通訊作者，博士生易微微、張玉英與劉波為論文的共同第一作者。研究工作獲得國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金的資助。

　　GSNOR調控增殖壓力下造血干細胞中蛋白亞硝基化（SNO）與NO的平衡。倒影中當鳥在樁上的時候，木樁保持平衡，鳥飛走后，木樁出現失衡。鳥代表GSNOR，木樁的平衡是NO和SNO

研究揭示蛋白質亞硝基化修飾調控造血干細胞再生新機制