华南理工大学张译月组揭示Gfi1aa-Lsd1-cebpa通路在中性粒细胞发育中的调控机制

编辑 | 熊 凤

中性粒细胞是脊椎动物血液中含量最丰富的白细胞，它们对宿主防御至关重要。中性粒细胞的发育异常与多种人类疾病有关，如重症先天性中性粒细胞减少症 (SCN)、骨髓增生异常综合征 (MDS) 和白血病等[1]。目前，调控中性粒细胞分化的分子网络仍未完全清楚。GFI1作为转录抑制因子，参与到各种造血谱系的形成[2]。GFI1 功能的失调会导致各种血液疾病的发生和发展，比如携带GFI1 突变的患者会出现SCN[3]。此外，GFI1 突变与AML和MDS有关，并且可能是骨髓增生性疾病（MPD）进展为AML的危险因素[4]。因此，明确GFI1在髓系造血发育中的作用以及疾病模型的构建将有助于GFI1相关疾病的治疗。

2021年8月10日，华南理工大学医学院发育生物学与再生医学团队张译月课题组在Development杂志上在线发表了题为“Genetic and epigenetic orchestration of Gfi1aa-Lsd1-cebpa in zebrafish neutrophil development”的研究论文。该研究以斑马鱼为模型，揭示了Gfi1aa、Lsd1和cebpa形成调节中性粒细胞发育的调控网络以及明确了gfi1aa 斑马鱼突变体可模拟类似于人类MDS疾病的表型，将有助于理解GFI1相关的造血机制与疾病发生机理。

作者首先构建了gfi1aa缺陷的斑马鱼突变体, 发现gfi1aa缺失会导致中性粒细胞谱系增多。接着对中性粒细胞分类计数发现gfi1aa缺失造成中性粒细胞前体细胞增多，进一步结合细胞增殖实验，发现中性粒细胞前体细胞增多是由于增殖增加引起的（图1）。

图1 gfi1aa突变体的中性粒细胞前体细胞增殖增多

由于gfi1aa突变体中cebpa表达增多，cebpa杂合突变体可以拯救gfi1aa突变体中性粒细胞到野生型水平。作者利用ChIP-seq发现Gfi1aa可以结合到cebpa的转录调控区上，结合荧光素酶实验发现Gfi1aa通过结合cebpa的启动子区域抑制其表达。已有研究表明GFI1可以通过招募LSD1来调控造血细胞命运[5]，作者进一步发现Gfi1aa招募Lsd1改变cebpa H3K4甲基化状态进而调控中性粒细胞的生成（图2）。

 图2  Gfi1aa招募Lsd1调控cebpa H3K4甲基化

由于胚胎期中性粒细胞的比例异常，作者同时也检测了gfi1aa突变体成鱼中性粒细胞的状态分布，并分析了gfi1aa突变体成鱼的血液表型，发现gfi1aa突变体随着年龄增长，肾脏血中髓系前体细胞增多，外周血中中性粒细胞增多，这与部分MDS患者的造血表型类似（图3）。

图3 gfi1aa突变体成鱼表现出造血异常

综上所述，该研究揭示了Gfi1aa-Lsd1-cebpa调控通路在中性粒细胞生成中的作用并发现gfi1aa突变体表现出类MDS血液表型，这将有助于理解和治疗GFI1相关的髓系疾病。

华南理工大学吴媚博士和华南理工大学硕士生许玥为论文的共同第一作者，华南理工大学张译月教授为论文通讯作者。该项目获得国家重点研发计划（2018YFA0800200）、国家自然科学基金（31922023）、广东省高等学校珠江学者岗位计划（2019）以及中央高校基础科研项目（2019ZD54）资助。据悉，该研究涉及的斑马鱼品系，已保藏至国家水生生物种质资源库国家斑马鱼资源中心。

参考文献：

1. Newburger, P. E. (2006).Disorders of neutrophil number and function. Hematology Am Soc Hematol Educ Program, 104-10.

2. Van Der Meer, L. T., Jansen, J.H. & Van Der Reijden, B. A. (2010). Gfi1 and Gfi1b: key regulators of hematopoiesis. Leukemia, 24, 1834-43.

3. Person, R. E., Li, F. Q., Duan,Z., Benson, K. F., Wechsler, J., Papadaki, H. A., Eliopoulos, G., Kaufman, C.,Bertolone, S. J., Nakamoto, B., Papayannopoulou, T., Grimes, H. L. &Horwitz, M. (2003). Mutations in proto-oncogene GFI1 cause human neutropenia and target ELA2. Nat Genet, 34, 308-12.

4. Khandanpour, C., Krongold, J.,Schutte, J., Bouwman, F., Vassen, L., Gaudreau, M. C., Chen, R., Calero-Nieto,F. J., Diamanti, E., Hannah, R., Meyer, S. E., Grimes, H. L., Van Der Reijden,B. A., Jansen, J. H., Patel, C. V., Peeters, J. K., Lowenberg, B., Duhrsen, U.,Gottgens, B. & Moroy, T. (2012). The human GFI136N variant induces epigenetic changes at the Hoxa9 locus and accelerates K-RAS driven myeloproliferative disorder in mice. Blood,120, 4006-17.

5. Velinder, M., Singer, J.,Bareyan, D., Meznarich, J., Tracy, C. M., Fulcher, J. M., Mcclellan, D.,Lucente, H., Franklin, S., Sharma, S. & Engel, M. E. (2016). GFI1 functions in transcriptional control and cell fate determination require SNAG domain methylation to recruit LSD1. Biochem J,473, 3355-69.