造血干细胞（HSCs）需要高调节比率的蛋白质合成，但尚不清楚它们或系谱祖细胞是否优先募集转录物来翻译核糖体。目前，我们对调节造血干细胞和祖细胞（HSPC）中蛋白质合成的机制了解甚少。虽然已经使用总RNA组分对HSC进行了转录组学和蛋白质组学综合分析，但尚未对翻译核糖体中存在的mRNA进行直接评估。此外，各种细胞类型的研究表明，细胞在转录后和翻译水平上均表现出显着的基因表达调控，导致总mRNA和蛋白质水平之间缺乏相关性。

      研究人员使用RNA测序和全蛋白质组学来检查LSK（Lin Sca-1 +c-Kit +）和骨髓祖细胞（MP; Lin Sca-1 c-Kit +）细胞，发现了LSK细胞优先翻译维持HSC的mRNA，包括mTOR依赖性转录本。与总RNA相比，TE更准确地预测蛋白质表达，强调评估多核糖体mRNA以鉴定调节细胞功能的基因的重要性。HSPC使用以前未了解的翻译调节机制动态调节mTOR信号传导，在没有mTOR的情况下，整体翻译通过激活CDK1依赖性机制而得以维持。国际权威期刊Cell Stem Cell (IF=20.86) 近日发布了这项研究成果。

      研究人员对野生型成年小鼠中纯化的富含HSCs的LSK（Lin Sca-1 + c-kit +）细胞和荧光祖细胞（MP; Lin Sca-1c-Kit +）进行了荧光激活细胞分选 （FACS）并进行多核糖体分析。 结果表明，MPs比LSK细胞含有多20％的多核糖体RNA，这与其高水平的整体翻译一致。RNA测序（RNA-seq）数据表明，LSK和MP细胞不仅表达不同的转录组，而且翻译介导与其独特发育状态一致的生物学功能的特定mRNA（图1）；尽管与MP相比，LSK的整体翻译减少了，但LSK的翻译转录比例要比MP更高。LSK细胞优先翻译参与维持HSC的多个关键途径的mRNA。 而TE可以更好地预测LSK和MP细胞中总RNA和蛋白质表达变化不相关的那些mRNA的蛋白质表达变化。这些发现强调了早期胚胎发育中翻译调控的重要性。

图1

      研究人员评估了LSK和MP细胞中的mTOR信号传导，出乎意料的是，尽管mTOR蛋白存在于更成熟的谱系阳性（Lin +）细胞中，但与LSK相比，MPs中的mTOR蛋白显着降低。 为了确定mTOR降解的潜在介体，查询了蛋白质组学数据以预测高度靶向mTOR的泛素连接酶的表达，由于MP细胞蛋白质组学数据中缺乏可检测的Mdm2蛋白，因此将重点放在c-Cbl上，与LSK细胞相比，所有MP亚群中c-Cbl的表达增加，数据表明，mTOR通过cCbl介导的机制在MP细胞中泛素化并降解。

图2

       MP细胞尽管mTOR表达显着降低，但与LSK细胞相比却显示出整体翻译增加，因此研究人员查询了先前报道的候选激酶的蛋白质组学数据，该候选激酶显示可将Ser-65上的4E-BP1磷酸化以激活翻译，包括GSK-3，促分裂原激活蛋白激酶（MAPK）p38，PIM2和LRRK2，这些蛋白均未在MP细胞中显着表达（图3）。数据表明MP细胞以CDK1依赖性方式磷酸化4E-BP1 Ser-65，以激活eIF4E依赖性翻译并维持其正常功能。

图3

       在这项研究中，研究人员在造血干细胞和祖细胞中进行了翻译组的第一个特征分析，并鉴定了以前无法识别的调节早期造血过程中翻译重编程的分子机制，为其他发育系统和细胞类型的翻译调控提供了重要的指导意义。

参考文献：Spevak CC, et al. 2020. Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Exhibit Stage-Specific Translational Programs via mTOR- and CDK1-Dependent Mechanisms. Cell Stem Cell.