红细胞生成过程关键步骤确定

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热点三 诺贝尔奖 2021届高考生物热点押题训练

热点三 诺贝尔奖 2021届高考生物热点押题训练

热点三诺贝尔奖2021届高考生物热点押题训练材料1:瑞典当地时间11:30(北京时间下午5:30),备受瞩目的2020年诺贝尔奖正式揭幕。

最先揭晓的是2020年诺贝尔生理学或医学奖,由HarveyJ.Alter,MichaelHoughton和CharlesMRic三位科学家共同获得,获奖理由是因为他们在丙型肝炎病毒领域作出的突出贡献。

HarveyJ.Alter,MichaelHoughton和CharlesMRic做出了开创性发现,鉴定出了一种新型病毒,即丙型肝炎病毒。

在次之前,人们已经发现了甲型和乙型肝炎病毒并作出了诸多硏究,但仍然有很多血源性肝炎病例无法解释。

丙型肝炎病毒的发现揭示了其他慢性肝炎病例的病因,并使血液检测和新药成为可能,最终促成了历史上首次可以治愈该疾病,为从世界人口中根除丙型肝炎病毒带来了希望,挽救了数百万人的生命。

1.2020年诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家,因为他们发现了丙型肝炎病毒(HCV),在抗击血源性肝炎、减少肝硬化和肝癌等方面做出决定性贡献。

丙型肝炎病毒是一种RNA 病毒,下列叙述错误的是()A.组成丙型肝炎病毒的碱基仅有4种B.丙型肝炎病毒所含元素在宿主细胞中一定都能找到C.丙型肝炎病毒经高温或化学物质处理后会失去侵染能力D.丙型肝炎病毒与大豆叶肉细胞最大的区别是无成形的细胞核2.2020年10月5日,诺贝尔生理学或医学奖颁发给了发现丙型肝炎病毒的三位科学家。

丙型肝炎病毒的发现揭示了除甲型肝炎和乙型肝炎之外的慢性肝炎病例的病因,并使血液检测和新药物研发成为可能。

下列相关叙述正确的是()A.丙型肝炎病毒侵入机体既能够引起体液免疫,也能够引起细胞免疫B.产生免疫活性物质的细胞都属于淋巴细胞C.丙型肝炎病毒可利用自身的核糖体合成蛋白质D.机体内能够识别丙肝病毒的细胞有浆细胞和T细胞等3.丙肝病毒的发现者获得了2020年诺贝尔生理学或医学奖。

丙肝病毒是一类RNA病毒,可侵入人体肝细胞而致病。

骨髓产生血液细胞的地方

骨髓产生血液细胞的地方

骨髓产生血液细胞的地方骨髓是人体内非常重要的组织之一,承担着产生各种血液细胞的重要任务。

那么,究竟骨髓是如何产生血液细胞的呢?本文将为您解答这一问题。

一、骨髓的种类人体内存在两种不同类型的骨髓,分别是红骨髓和黄骨髓。

红骨髓主要位于骨骼内部,尤其是头骨、脊椎骨、胸骨和骨盆等部位。

而黄骨髓则主要存在于骨髓腔中。

二、红骨髓的作用红骨髓是骨髓中最为重要的一种,它负责产生和存储血液细胞。

血液细胞主要包括红细胞、白细胞和血小板。

红细胞负责携带氧气和二氧化碳,白细胞是人体免疫系统的重要组成部分,而血小板则参与了血液凝块的形成。

三、血细胞的生成过程1. 干细胞分化:在红骨髓中存在一种特殊的干细胞,称为多能干细胞或造血干细胞。

这些干细胞具有分化为各种血液细胞的能力。

2. 分化:干细胞经过一系列的分化过程,逐渐形成不同类型的血细胞前体细胞。

这些细胞逐渐成熟并最终进入血液循环系统。

3. 成熟:血液细胞前体细胞在骨髓中逐步成熟,并且经过不同的发育阶段。

最终,它们会分化为红细胞、白细胞或血小板。

四、调节因素骨髓中的血细胞生成受到多种因素的调节。

例如,一些激素和生长因子能够促进干细胞的增殖和分化。

而外界的环境变化、感染、贫血等因素也会对血液细胞的生成产生影响。

五、病理情况如果骨髓出现了异常,会导致一系列的疾病。

例如,骨髓增生异常综合征是指骨髓中某一种或多种血细胞的生成受到异常调节,导致某种血细胞过多或过少的情况。

这种情况可能会引发贫血、白血病或血液凝块等疾病。

总结:骨髓是人体产生血液细胞的地方,尤其是红骨髓承担着这一重要任务。

通过干细胞的分化和成熟过程,红细胞、白细胞和血小板逐渐形成并进入循环系统。

外界因素和一些病理情况可能会对血细胞的生成产生影响。

我们对于骨髓的了解不仅可以帮助我们更好地预防和治疗相关疾病,也对人体的生理机制有着更深入的认识。

人体生理学 第三章血液

人体生理学  第三章血液

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TPO增加巨核细胞从巨核细胞集落形成单位 TPO增加巨核细胞从巨核TPO增加巨核细胞从巨核细胞集落形成单位集落形成单位 (MK-CFC) 到成熟巨核细胞的分化宽度; TPO调控血小板生成的各个阶段:诱导造血干细胞 向巨核细胞分化,刺激巨核细胞增殖和核内复制, 增加巨核细胞的胞浆底物,最终形成碎片,并以功 能性循环血小板的形式释放,促进血小板的生成
vWF变构
与血小板上 GPIb糖蛋 白结合
2、聚集 血小板相互之间的结合,静息时 无聚集, 刺激时 聚集 伸出伪足,尚不清楚,凡能降低血小板内cAMP浓度, 提高游离 Ca2+ 浓的因素,均可使血小板聚集)
3、 释放 血小板受到刺激后储存于致密体中,α-颗 粒或溶酶体内的物质排出的现象。(致密 体释放ADP、5-羟色胺、Ca2+ ;α-颗 粒释放PF4、PF5、纤维蛋白原等) 4、 吸附 吸附凝血因子 5、收缩
(四)红细胞寿命与破坏 平均寿命: 120天 破坏部位:血管内、血管外
三、白细胞生理 (一)白细胞的分类与数量 数量:4.0~10.0x10 9/L 分类:
四、血小板生理 (一) 血小板的形态、数量和功能 形态:呈两面微凹的圆盘状,平均直径24μm,平均面积8μm2,受刺激 时伸出伪足。 数量:正常成年人:100-300x109/L
(二) 血液的粘度 来源:血液内部分子或颗粒间的摩擦。 大小:水 1<血浆 1.6-2.4<血液4-5 决定因素:血浆蛋白的含量 血浆粘 度 血细胞比容 全血粘度
(三) 血浆渗透压 1、渗透压的概念
2、渗透压的分类 血浆晶体渗透压 形成:血浆中晶体物质 (80%来自Na+和Cl-) 作用:调节细胞内外水平衡 大小:770kPa 血浆胶体渗透压 形成:血浆中蛋白质所形成(75%~80%来自 白蛋白) 作用:调节血管内外水平衡 (为什么?) 大小: 3.3kPa

《临床血液学和血液学检验》指导手册

《临床血液学和血液学检验》指导手册

《临床血液学和血液学检验》指导手册临床血液学和血液学检验指导手册第一章血液学基础知识1.1 血液的组成和功能血液是由血浆和血细胞组成的。

血浆中含有水、蛋白质、电解质、激素等物质,起着运输、养分供应以及体温调节等多种功能。

血细胞包括红细胞、白细胞和血小板,负责运输氧气、参与免疫反应以及止血等重要功能。

1.2 血细胞的生成与发育血细胞的生成是发生在骨髓中的,通过造血干细胞经过不同分化阶段形成成熟的血细胞。

其中,红细胞的生成受到促红细胞生成素的调节,白细胞的生成则受到不同的细胞因子的作用。

1.3 血液学相关常用指标血液学检验是通过测定血液中的各项指标来辅助临床诊断和治疗。

常用指标包括血红蛋白浓度、红细胞计数、白细胞计数、血小板计数、红细胞压积等。

1.4 血液疾病的分类与诊断血液疾病可以分为贫血、白血病、血栓病等多种类型。

通过血液学检验结合临床症状和其他检查结果,可以对血液疾病进行准确的诊断。

第二章血液学检验技术2.1 血液样本采集与保存正确的血液样本采集和保存对于保证检验结果的准确性至关重要。

在采集血液样本时,应严格遵守无菌操作规程,并将样本保存于适当的温度和容器中,以避免样本的变质和污染。

2.2 血液凝固与抗凝技术血液凝固与抗凝是血液学检验中的关键步骤之一。

了解血液凝固机制和不同的抗凝剂的作用,能够确保血液样本在检验过程中的稳定性。

2.3 血常规检验技术血常规检验是血液学中最常用的检验项目之一,通过测定血红蛋白浓度、红细胞计数、白细胞计数、血小板计数等指标,可以对全血细胞的数量和形态进行评估。

2.4 骨髓涂片检查技术骨髓涂片检查是对骨髓中各种细胞的形态和数量进行观察和评估的一种重要方法。

通过骨髓涂片检查,可以帮助医生对血液疾病进行准确定性诊断。

第三章常见血液疾病及其检验指标3.1 贫血的检验指标贫血是指血液中红细胞数量或功能的异常导致机体缺氧的疾病。

常见的贫血类型包括缺铁性贫血、再生障碍性贫血等,通过血红蛋白浓度、红细胞计数、红细胞压积等指标的检测,可以对贫血进行评估和诊断。

基因工程技术在红细胞制备中的应用

基因工程技术在红细胞制备中的应用

基因工程技术在红细胞制备中的应用随着科技的不断进步,人类对于基因工程技术的应用越来越广泛,其中红细胞的制备也不例外。

红细胞是血液中最多的细胞,其功能是运输氧气和二氧化碳,对于人类的正常生命活动有着至关重要的作用。

在某些疾病和外伤等情况下,身体缺乏足够的红细胞就会导致贫血等症状,造成严重的生理问题。

而基因工程技术的应用,可以为红细胞的制备带来更多的可能性和可能的突破,改变传统的制备方式。

一、红细胞制备的传统方法红细胞制备的传统方法一般是从人体的血液中提取,然后通过离心、沉淀等多个步骤进行精细制备。

这种方法虽然比较成熟,但是存在许多不足之处。

首先,红细胞来源具有限制性,需要从大量的捐献者中选取,而且大量使用人体血液,可能会存在交叉感染的风险。

其次,由于制备过程繁琐、技术要求高,所以成本也较高,不利于大规模制备和生产。

因此,传统方法已经无法满足现代医疗需求,需要新的技术手段来改进红细胞的制备过程。

二、基因工程技术在红细胞制备中的应用1.基因编辑基因编辑技术是目前应用比较广泛的一种基因工程技术,在红细胞的制备中也有着广泛的应用。

通过基因编辑技术,可以在红细胞中引入有用的功能基因,增强其功能和性能,同时也能去除不利因素的影响,大大提高了红细胞的使用价值。

例如,通过基因编辑和红细胞转染技术,可以将体外培养的人类干细胞转化为红细胞,以满足病人的需求。

这种方法避免了从人体中收集红细胞的必要性,因而能够无限期地制备红细胞。

而且,利用基因编辑技术使得制备出的红细胞更加耐受输血过程中的应激反应,从而减少病人负担。

2.基因组筛选基因组筛选是一种旨在解析函数和鉴定基因组变异与人群特征之间关系的技术。

基因组学筛选可以帮助我们快速精准地实现基因组变异的分析、功能研究和标注。

在红细胞制备中,利用基因组筛选技术,可以确定与红细胞生成,维持和修复相关的关键分子,从而提高红细胞的质量和效能。

例如,一些研究表明,人体血红蛋白分解物质可以破坏红细胞膜,从而对其造成破坏和损伤。

血站血液成分制备技术操作规程

血站血液成分制备技术操作规程

血站血液成分制备技术操作规程1.1 血液成分品种1.1.1 血液成分品种符合国家有关全血及成分血质量要求。

1.2 制备环境1.2.1 制备环境应当卫生整洁,定期消毒。

1.2.2 应尽可能以密闭系统制备血液成分。

1.2.3 用于制备血液成分的开放系统,制备室环境应达到10000级、操作台局部应达到100级(或在超净台中进行)。

1.2.4 制备需要冷藏的血液成分时,应尽可能缩短室温下的制备时间。

1.3 设备1.1.1 设备数量及功能应能满足制备工作的要求。

1.1.2 应建立和实施设备的确认、维护、校准和持续监控等管理制度,实施唯一性标识及使用状态标识,以确保设备符合预期使用要求。

1.4 物料1.4.1 物料应能满足制备工作的需要。

1.4.2 物料质量及其生产和供应方的资质应符合相关法规的要求。

1.4.3 物料使用前,应检查有效期、外观质量等,确认符合质量要求后方可使用。

对不合格物料应进行标识、隔离,防止误用。

1.4.4 制备方法制备新品种的血液成分或制备条件发生明显改变时,应对血液制备方法进行确认。

1.5 起始血液1.5.1 用于制备血液成分的起始血液应符合国家有关全血及成分血质量要求。

1.5.2 起始血液的保存和运输应当符合国家有关规定的要求。

1.5.3 接收起始血液时,应核对数量,检查外观、血袋标签等内容,确认符合质量要求后方可用于血液成分制备。

1.6 制备方法1.6.1 离心1.6.1.1 根据所制备血液成分要求和离心机操作手册,确定离心转速、加速和减速、离心时间和温度等参数,编制离心程序。

1.6.1.2 制备血小板、粒细胞的离心温度为22±2℃。

1.6.1.3 制备其他血液成分的离心温度为4±2℃。

1.6.1.4 离心程序应经过确认,应能分离出符合质量要求的血液成分。

1.6.1.5 对已经投入常规使用的离心程序的变更实施控制,定期检查核对,防止被非授权修改。

1.6.1.6 每批血液制备的离心记录应包括离心操作者签名和所采用的离心程序。

骨髓造血研究骨髓中血细胞的生成和发育

骨髓造血研究骨髓中血细胞的生成和发育

骨髓造血研究骨髓中血细胞的生成和发育骨髓是人体中极为重要的组织之一,它在体内扮演着维持血液系统正常运行的重要角色。

骨髓中存在着繁衍生息的造血干细胞,它们能够不断地分化和增殖,最终产生成熟的血细胞。

在本文中,我们将重点讨论骨髓中血细胞的生成和发育过程,并探讨相关的研究进展。

一、骨髓中的造血干细胞骨髓中的造血干细胞是一类多能干细胞,它们具有自我更新和分化为多个不同细胞类型的能力。

造血干细胞分为两类:淋巴骨髓造血干细胞和髓系骨髓造血干细胞。

淋巴骨髓造血干细胞主要经由淋巴样途径分化为淋巴细胞,而髓系骨髓造血干细胞则会进一步分化为红细胞、白细胞和血小板等。

二、血细胞的生成骨髓中的造血过程分为造血干细胞的增殖和分化两个阶段。

1. 增殖阶段造血干细胞经过自我更新后,会不断地增殖并形成一系列的前体细胞。

这些前体细胞会在逐渐分化的过程中,逐渐失去分裂能力。

2. 分化阶段在分化阶段,前体细胞逐渐转变为特定类型的血细胞。

在这个过程中,细胞会发生形态学上的变化,并开始具备特定的功能。

三、血细胞的发育血细胞的发育过程是一个高度调控的过程,它涉及到一系列的细胞因子、信号通路和基因转录调控等因素。

1. 红细胞的发育红细胞的发育过程被称为红细胞系列发育,它包括幼稚红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞和晚幼红细胞等多个发育阶段。

在这个过程中,细胞的核会逐渐退化,胞质中的血红蛋白含量逐渐增加,最终形成成熟的红细胞。

2. 白细胞的发育白细胞分为粒细胞和淋巴细胞两大类。

粒细胞包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等,而淋巴细胞则包括B淋巴细胞、T淋巴细胞和自然杀伤细胞等。

3. 血小板的发育血小板是一种重要的血细胞,它起着止血和凝血的关键作用。

血小板的发育过程包括巨核细胞的形成、分化和血小板的释放等步骤。

四、骨髓造血的研究进展随着生物技术和研究方法的不断进步,人们对于骨髓造血机制的研究也取得了很多突破性进展。

例如,通过单细胞测序技术,研究者们能够深入了解不同发育阶段的血细胞的转录组和表观遗传学变化,进而揭示血细胞发育的分子调控机制。

重组人促红细胞生成素发酵工艺流程

重组人促红细胞生成素发酵工艺流程

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红细胞生成过程关键步骤确定一个健康的成年人每天必须生成1千亿个新红血细胞,才能维持其血液循环中的红细胞数量。

来自洛桑联邦理工学院(EPFL)的一个研究人员小组确定了红细胞生成过程中一个关键的步骤。

这一研究发现可能不仅有助于阐明如贫血等血液疾病的病因,还使得医生们的梦想离现实更近了一步:在实验室能够制造出红血细胞,由此提供一个潜在的取之不竭的血液主要成分资源,用于输血。

红细胞,其本质就是一袋将氧气输送到全身的血红蛋白。

其生命起始于骨髓中的造血干细胞,经历一个高度受控的增殖和分化过程后,获得其最终的身份。

在这一分化过程中的一个关键步骤就是线粒体自噬(mitophagy)。

随着线粒体耗尽,细胞血红蛋白负载能力达到最大。

然而直到现在,都还没有清楚了解控制线粒体自噬的机制。

在发表在本周《科学》(Science)杂志上的一篇论文中,洛桑联邦理工学院的Isabelle Barde及其同事通过试验证实,KRAB型锌指蛋白与KAP1辅因子协同作用,以精细且复杂的方式调节了线粒体自噬。

论文的资深作者、病毒学家Didier Trono多年来一直对KRAB/KAP1系统感兴趣。

众所周知,其在“沉默”哺乳动物基因组反转录因子元件中发挥作用,已有3.5亿年历史。

它们最初是可以整合到感染生物体遗传密码中的逆转录病毒。

“它做着如此好的一份工作,以致在进化过程中它被指派完成了很多其他的事情,”Trono说。

KRAB/KAP1系统承担的职责之一就是调控线粒体自噬。

研究人员发现,遗传改造缺失KAP1的小鼠迅速变得贫血,因为它们无法生成红血细胞。

更特别的是,他们发现,干细胞分化过程在成红血细胞(erythroblast,红细胞前体)中线粒体降解的阶段停止。

且在人类血细胞中敲除KAP1也会产生相似效应,表明其调控线粒体自噬的作用在从小鼠到人类的整个进化中是保守的。

研究人员进一步证明,KRAB/KAP1系统是通过抑制线粒体自噬阻遏物来发挥功能。

换句话说,就像负负得正,它激活了这一靶过程。

这表明,这一调控系统中的各种元件突变有可能导致了如贫血和某些类型白血病等血液疾病,从而反过来指出了这些疾病的未来治疗靶点。

它还指出了有可能在实验室中模拟红血细胞合成的途径。

但这些研究发现还具有更广泛的意义。

虽然线粒体对于许多细胞正常功能至关重要,但如果它们生成破坏性自由基(某些情况下细胞呼吸作用的副产物)对于细胞也会是致命的。

这些自由基引起的氧化性应激与肝脏疾病、心脏病和肥胖有关联。

因此,了解线粒体自噬受控机制,有可能促成更好地了解以及治疗这些疾病。

Trono认为这一多层次组合调控法则或许适应于广泛的生理系统。

“它为自然完成生理活动赋予了极高水平的模块性。

”他将之比喻为管风琴的运行方式。

每个风琴师都有一个键盘,以及受他掌控的脚踏板。

他通过各种组合应用它们来调整乐器产生的声音。

相似的,微调一个或几个控制元件可以在许多生物过程中产生显著的影响。

尽管其中任何一个元件发生突变都可能导致故障,但由于每个的贡献很小,损害往往是有限的。

反过来,这赋予了系统稳固性。

Trono相信,这种稳固性是数亿年来进化一直在选择和改进的。

(来源:生物通何嫱)更多阅读《科学》发表论文摘要(英文)A KRAB/KAP1-miRNA Cascade Regulates Erythropoiesis Through Stage-Specific Control ofMitophagy1.Isabelle Barde1,Science DOI: 10.1126/science.1232398∙REPORTDuring hematopoiesis, lineage- and stage-specific transcription factors work in concert with chromatin modifiers to direct the differentiation of all blood cells.Here, we explored the role of KRAB-containing zinc finger proteins (KRAB-ZFPs) and their cofactor KAP1 in this process. Hematopoietic-restricted deletion of Kap1 in the mouse resulted in severe hypoproliferative anemia. Kap1-deleted erythroblasts failed to induce mitophagy-associated genes and retainedmitochondria. This was due to persistent expression of microRNAs targeting mitophagy transcripts, itself secondary to a lack of repression by stage-specific KRAB-ZFPs. The KRAB/KAP1-miRNA regulatory cascade is evolutionary conserved, as it also controls mitophagy during human erythropoiesis. Thus, aView larger version:∙In this page∙In a new window∙Download PowerPoint Slide for TeachingFig. 1Blocked erythrocyte maturation and accumulation of mitochondria in Kap1-deleted erythroblasts. (A) FACS analysis of CD71 and Ter119 in bone marrow from control (Ctrl) and Kap1 KO mice 7 weeks after pIC injection. Percentage of each population from the total bone marrow is indicated. (B) Electron microscopy (left, stars indicate mitochondria; middle, average number of mitochondria visualized per cell; n = 10, *p < 0.05) and Mitotracker staining (right, n = 4, *p < 0.05). Decreased nuclear density was frequent in Kap1 KO cells, perhaps reflecting altered chromatin condensation.View larger version:∙In this page∙In a new window∙Download PowerPoint Slide for TeachingFig. 2A KAP1-miRNA cascade controls red cell mitophagy. (A) Top, mitophagy-related transcripts in erythroblasts from control (Ctrl) and Kap1 KO mice (n = 4, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001). Bottom, indicated miRNAs expression in same samples; predicted miRNA-target pairs are indicated by X. (B) miR351 and Bnip3L expression in megaka ryocyte/erythroid progenitors (MEP: Lin−Sca1−CD117+ CD34−CD16.32−, in which expression was set at 1) and indicated erythroblast subsets. (C) MiR-351 targets the Bnip3L 3′UTR. Ctrl, for which the normalized value was set at 1, was a combination of MEL cells not overexpressing miR-351 and transduced with a GFP-expressing lentiviral vector with the Bnip3L 3′UTR, and cells overexpressing miR-351 but transduced with the same vector without this sequence (n = 3, *p < 0.05).MiR-503 and miR-322*, which are located next to miR-351 on chromosome X, were also upregulated (2.46 and 2.17 fold, respectively) in Kap1 KO erythroblasts. Consistent with a role for KRAB/KAP1 in regulating this miRNA gene cluster, chromatin immunoprecipitation coupled to DNA sequencing (ChIPSeq) detected a strong KAP1 peak less than 4kb away (Fig. 3A). Because KAP1 is not a DNA binding protein, we postulated that it might be tethered to this and other relevant loci by stage-specific KRAB-ZFPs. Nine KRAB-ZFP genes were identified, which had human orthologs and were expressed exclusively in CD71+Ter119- and/or CD71+Ter119+ erythroblasts, but not in other hematopoietic cells. Six of these genes could be efficiently knocked down in MEL cells by lentivector-mediated RNA interference, and two of them, ZFP689 and ZFP13, emerged as potential Bnip3L regulators (fig. S3). Interestingly, ZFP689 is expressed in CD71+Ter119+ erythroblasts, whereas ZFP13 is expressed only in their CD71-Ter119+ counterparts (Fig. 3B). Both could repress reporter expression in MEL cells transduced with a lentiviral vector harboring the miR-351-close KAP1-binding site upstream of a human phosphoglycerate kinase promoter murine secreted alkaline phosphatase (mSEAP) cassette (Fig. 3C). We then validated these two candidates in vivo by transplanting CD45.2 hematopoietic stem cells (lineage-, Sca1+ and cKit+, or LSK) transduced with lentiviral vectors producing GFP and shRNAs against Zfp689, Zfp13, or Kap1 as a control, into irradiated CD45.1 mice, allowing the dual discrimination of donor vs. recipient and transduced vs. untransduced cells. Analyses of the red cell compartment in bone marrow harvested eight weeks after the graft revealed that knockdown of either Zfp689 or Zfp13 led to a decrease in CD71+Ter119- cells as pronounced as that observed with the Kap1 knockdown (Fig. 3D). Furthermore, RNA analyses of sorted transduced CD71+Ter119+ cells demonstrated that ZFP689-, ZFP13- and KAP1-depleted cells all exhibited an upregulation of miR-351 (Fig. 3E) and a marked downregulation of Bnip3L (Fig. 3F).View larger version:∙In this page∙In a new window∙Download PowerPoint Slide for TeachingFig. 3Erythroblast-specific KRAB-ZFPs control the miR-351/Bnip3L/mitophagy axis. (A) Screen shots from the UCSC Genome Browser, with results of a KAP1 ChIPSeq analysis performed on CD71+Ter119+ bone marrow cells. (B) Zfp689 and Zfp13 are induced during erythroid differentiation. (C) ZFP689 andZFP13 repress a lentiviral vector carrying a miR-351-close KAP1-binding site in transduced MEL cells (Ctrl is a combination of ZFP-overexpressing cells transduced with a vector without the KAP1-binding site and cells LacZ-overexpressing cells transduced with a vector carrying the KAP1-binding site; n = 3,*p < 0.05). (D) CD45.2+ LSK cells were transduced with GFP-expressing, empty or scramble (Ctrl), Kap1-, Zfp689- or Zfp13-directed shRNA lentiviralvectors, engrafted into irradiated CD45.1+ mice, and erythroid differentiation was evaluated by FACS 8 wks later. (E and F) The CD71+Ter119+, CD45.2+, eGFP+ population was then sorted and analyzed by RT-QPCR for miR351 (E) and Bnip3L (F) expression (n = 6, *p < 0.05).In a last series of experiments, we asked whether this erythropoiesis-regulating system has its equivalent in humans. We first found that Kap1 knockdown impaired the differentiation of human erythroleukemia (HEL) cells and increased their mitochondrial content (Fig. 4ABC), blocking several mitophagy effectors including Nix/Bnip3L (Fig. 4D). We further verified that KAP1-depleted HEL cells had increased levels of hsa-miR-125a-5p (Fig. 4D), which has the same seed as murine miR-351, and that overexpressing this miRNA triggered a downregulation of Nix and a rise in the mitochondrial content of these cells (Fig. 4E). Finally, when we knocked down Kap1 in human cord blood CD34+ cells, it resulted in decreasing their ability to undergo cytokine-induced ex vivo erythroid differentiation, which correlated with reduced Nix expression and elevated mitochondrial content (Fig. 4F), a phenotype that could be reproduced by hsa-miR-125a overexpression (Fig. 4G).View larger version:∙In this page∙In a new window∙Download PowerPoint Slide for TeachingFig. 4KAP1-regulated RNA interference controls human red cell mitophagy. (A to C) HEL transduced with scramble or Kap1-specific shRNA-expressing lentiviral vectors and induced or not to differentiate were evaluated for Kap1 mRNA expression (A), and by benzidine (B) (n = 3, counting 100 cells for each condition) or Mitotracker (C) (n = 3) staining (*p < 0.05). (D) hsa-miR-125a-5p (miR125a) and Nix expression measured respectively by NanoString nCounter direct RNA quantification and RNA sequencing in HEL cells transduced with empty or Kap1 knockdown vectors. (E) Nix expression in Ctrl (setting normalized value at 1) or hsa-miR-125a-5p-overexpressing HEL cells, measuring their mitochondrial content by Mitotracker staining (n = 4, *p < 0.05). (F) Decreased erythroid differentiation of Kap1 knockdown human cord blood CD34+ cells, assessed by CD235a surface expression at seven (D7) and eleven (D11) days. At D7, sorted CD235a+eGFP+ cells were analyzed by RT-QPCR for Nix and hsa-miR125a expression, and for mitochondrial content by Mitotracker staining (n = 3, *p < 0.05). (G) Percentage of CD235a-expressing cells 7 days after inducing the differentiation of CD34+ cells transduced with empty or unrelated-miRNA- (Ctrl) or hsa-miR-125a-5p-overexpressing lentiviral vectors (n = 3, *p < 0.05).These results unveil a multilayered transcription regulatory system, where protein- and RNA-based repressors are super-imposed in combinatorial fashion to govern the timely triggering of a necessary step of erythropoiesis. miR-351 and several other microRNAs with predicted targets in the mitophagy pathway were upregulated in Kap1-deleted murine erythroblasts (Fig. 2). This apparent redundancy, or rather addition of parallel effects aimed at a same physiological process, is commonly observed with RNA interference (27). Our discovery that it can be further modulated by KRAB-ZFP-mediated repression, and that the latter can itself be multifactorial, adds a remarkable level of modularity to this type of regulation. In human erythroblasts, although KAP1 represses theNix-targeting hsa-miR-125a-5p, downregulation of several other miRNAs, including hsa-miR-24, -221, -222, and -223, was previously found important for erythroid differentiation, which conversely requires the upregulation of hsa-miR-144/451 cluster (2, 3). Whether stage-specific KRAB-ZFPs are involved in controlling some of these other miRNAs remains to be determined. Even though KAP1 likely influences erythropoiesis by more than just allowing mitophagy, it is interesting to note that Znf205 and Znf689, the respective human orthologs of murine Zfp13 and Zfp689, are expressed in HEL cells and induced upon erythroid differentiation of CD34+ cells (fig. S4). Therefore, polymorphism or mutations in any genetic component of the pathway unveiled here, whetherZnf205, Znf689, the genomic binding sites of their products, hsa-miR-125a-5p and other KAP1-regulated miRNA genes, or the sequences targeted by these RNA regulators, could underlie red cell-related pathologies such as anemia, polycythemia, or erythroleukemia.Supplementary Materials/cgi/content/full/science.1232398/DC1Materials and MethodsFigs. S1 to S4 Table S1 References (28–38)。

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