2021年11月18日，中國醫學科學院血液病醫院/血液學研究所（簡稱“血研所”）程濤團隊聯合基礎醫學研究所（簡稱“基礎所”）余佳團隊在Blood雜志以封面標題論著刊登題為“Comprehensive RNA editome reveals that edited Azin1 partners with DDX1 to enable hematopoietic stem cell differentiation”的論文。該研究首次描繪了造血分化層級的RNA編輯圖譜，并從中鑒定了調控造血干細胞分化的關鍵編輯事件。同期加州大學教授、血液腫瘤學家Catriona Jamieson對該研究工作進行了述評“Upping the Antizyme: AZIN1 Directs Stem Cell Fate”，認為本研究工作發現了AZIN1（抗酶抑制因子1）這一新的造血干細胞功能調控因子，并為開發RNA編輯介導造血干細胞擴增奠定了基礎。
RNA編輯事件普遍存在于生物體內，是遺傳信息傳遞過程中重要的轉錄后調控方式之一，主要由RNA編輯酶ADAR家族成員所介導。在造血系統中主要發揮功能的RNA編輯酶是ADAR1。ADAR1敲除的小鼠，由于紅系發育基因缺少RNA編輯，胎肝發育停滯，胚胎于13.5天死亡。2009年血研所程濤教授和匹茲堡大學王慶德教授合作發現在小鼠的成體造血祖細胞（HPC）分化過程中，ADAR1在造血祖細胞中表達豐度最高。ADAR1敲除后，由于缺少RNA編輯，HPC凋亡明顯增加，增殖分化障礙，體外集落形成能力明顯下降，重建造血功能障礙。造血干細胞比例相對升高，祖細胞數量顯著減少。同時，還發現了ADAR1的缺失引起早期T細胞發育障礙。但是目前關于RNA編輯如何調控造血分化的機制仍不明確。
本研究團隊首先利用流式分選了各類造血干、祖細胞以及成熟髓系細胞，通過深度RNA測序和全基因組DNA測序，共鑒定出30,796個RNA編輯位點，PCR驗證陽性率為89%；并對造血細胞RNA編輯圖譜進行了系統的描繪，發現在造血細胞中RNA編輯整體水平沒有太大差異，但在造血干細胞、祖細胞及成熟細胞中發現群體特異性的編輯事件，也鑒定出譜系分化各階段特異性的編輯事件。進一步對這些編輯事件進行基因表達相關性分析及功能預測，發現造血細胞RNA編輯可能會影響miRNA結合、RNA穩定性、RNA結構及翻譯等分子事件，體現其對造血細胞基因表達調控的復雜性。通過對造血干細胞特異的編輯位點進行分析，篩選出5個功能編輯位點，并選取Azin1進行深入的功能和機制研究。首先構建了Azin1的三種過表達載體：野生型編輯位點（AGC）和100%編輯型位點（GGC）以及非編輯型突變位點（TCC）。與野生型（Azin1-A）相比，完全編輯組（Azin1-G）有更好的造血重建能力，非編輯組（Azin1-TC）重建能力最弱。通過體內外功能實驗發現Azin1的RNA編輯缺少時，造血系統不能維持正常的分化模式，表現為造血干細胞分化阻滯，數量過量堆積，造成造血祖細胞逐漸耗竭，不能繼續維持造血穩態，最終使得重建效率下降。
機制上，通過Co-IP、蛋白質譜及免疫熒光等分析發現在造血細胞中RNA編輯引起了AZI（Azin1蛋白）核定位改變，并影響了與之結合的蛋白的功能。Azin1缺乏RNA編輯時，其編碼蛋白AZI主要存在于細胞質中，不能有效的與下游蛋白結合。Azin1被RNA編輯后，AZI蛋白可以由胞質入核，與DDX1等一系列蛋白在胞核內有更強的結合力。進一步通過轉錄組測序以及DDX1-ChIP-seq和AZI-ChIP-PCR分析發現，ADAR1-AZI-DDX1協同調控Plaur等造血相關基因的轉錄激活維持造血干細胞正常分化（如下圖所示）。本研究豐富了哺乳動物RNA編輯數據庫，為后續研究者提供了寶貴資源，也為疾病研究奠定了基礎。
該研究工作受到科技部重點研發計劃（2016YFA0100600,2017YFA0103400,2020YFE0203000），國家自然科學基金委(81421002,81922002,81890990,81730006,81861148029,81870086,81670106,81530007, 31725013,31771444,81970101)，中國醫學科學院創新工程（(2017-I2M-3-009,2016-I2M-1-017,2017-I2M-1-015, 2019-I2M-2-001）等基金資助。血研所程濤教授、程輝研究員，以及基礎所余佳教授、馬艷妮研究員是本文的通訊作者。血研所王鳳嬌博士，基礎所何家驩博士和劉思琪博士為本文的共同第一作者。北京大學李川昀研究員為本文RNA編輯事件的鑒定提供生物信息學指導。
原文鏈接：https://doi.org/10.1182/blood.2021011314
