香港理工大学马进恒团队揭示非经典自噬在斑马鱼次级造血中的调控作用

作者：CZRC 发布时间：2023/11/9 3:00:00

自噬（Autophagy）是一种高度保守的细胞的程序性死亡，其通过溶酶体协助降解去除细胞内的有害成分，在生物体内广泛的生理与病理过程中扮演着重要的角色。长期以来，自噬被认为是一个受到自噬相关基因（Autophagy-related gene）严格调控的过程。哺乳动物模型揭示，大部分关键自噬相关基因缺乏均会导致胚胎致死[1]。但是，近年来的动物和临床研究发现，关键自噬相关基因缺乏并不总是致死[2]。这一现象被归因于非经典自噬（Non-canonical autophagy），即不依赖于部分关键自噬相关基因的自噬，如：不依赖于ULK1, BECN1, ATG5, 或ATG7的自噬。然而，目前对于非经典自噬在生物体内执行的复杂调控功能仍然知之甚少。哺乳动物模型（如：小鼠）不适用于多个关键自噬相关基因的功能对比，无法深入研究特定关键自噬相关基因所依赖的或不依赖的非经典自噬。

香港理工大学马进恒团队长期致力于运用斑马鱼模型探究自噬在早期发育中的调节作用。近日，其团队在Autophagy杂志发表了题为 “Distinct roles of core autophagy-related genes in zebrafish definitive hematopoiesis”的论文。该研究运用CRISPR-Cas9核糖核蛋白（Ribonucleoprotein）和吗琳环（Morpholino）系统性地研究了自噬通路上不同阶段的关键自噬相关基因在斑马鱼次级造血中的作用。运用斑马鱼模型揭示了非经典自噬在次级造血中的重要作用。

在本项研究中，研究人员利用CRISPR-Cas9核糖核蛋白和吗琳环，在转基因和野生型斑马鱼中系统性地敲除或者敲低六个不同自噬阶段的关键自噬相关基因，包括：atg13, beclin1, atg9a, atg2a, atg5和atg3。虽然，带有各种关键自噬相关基因突变的斑马鱼均表现出自噬缺陷，并在早期发育期间出现部分一致的造血异常。但是，不同自噬相关基因突变展现出了次级造血调控的不同作用（图1）。此结果提示，斑马鱼的次级造血受非经典自噬调控，其调节复杂程度远超通常认为的经典自噬调节通路。

图1 关键自噬相关基因突变对斑马鱼次级造血的不同作用。

此外，研究人员还利用蛋白质组学技术，探究了atg13, beclin1, atg9a, atg2a, atg5和atg3对斑马鱼尾部造血组织蛋白的影响。分析确定了sin3aa（SIN3转录调节因子家族成员Aa）可能是atg13和becn1调控的次级造血的潜在调节因子。sin3aa的抑制使becn1突变体中HSPC和白细胞的扩张得以缓解，但是可以加重atg13突变体中HSPC的减少。这些结果表明，关键自噬相关基因在斑马鱼次级造血中的不同作用及其相互作用，从而提示脊椎动物的次级造血受非经典自噬调控，其具体作用具有关键自噬相关基因依赖性。

图2 关键自噬相关基因突变的蛋白质组学分析。

香港理工大学医疗科技与资讯学系马进恒副教授为本文的通讯作者，香港科技大学生命科学部研究助理教授陈相可为本文的第一作者。此研究得到了香港医务卫生局，医疗卫生研究基金（003143765）和（06173226）；香港理工大学博士后配对基金；香港研究资助局，主题研究计划（T12-702/20-N）的大力支持。

参考文献：

1. Kuma A, Komatsu M, Mizushima N. Autophagy-monitoring and autophagy-deficient mice. Autophagy. 2017;13:1619–1628

2. Collier JJ, Guissart C, Oláhová M, et al. Developmental Consequences of Defective ATG7-Mediated Autophagy in Humans. N Engl J Med. 2021;384:2406–2417.

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