作为一群具有增殖、分化和重建能力的异质性干细胞,造血干祖细胞的增殖与分化平衡对于机体稳态的维持至关重要,破坏这种平衡往往会导致贫血或恶性血液疾病。然而,造血干祖细胞协调其造血干性与多种血细胞分化的细胞分子机制及关键因子还知之甚少。ATF7IP是一种调控H3K9甲基转移酶SETDB1活性的表观调控因子,在介导免疫逃逸以及T细胞功能方面发挥重要功能,但是关于ATF7IP/SETDB1在造血干祖细胞增殖与分化中的功能与机制目前尚不清楚。斑马鱼的造血过程及其调控机制与哺乳动物高度相似,结合体外受精、早期胚胎透明以及丰富的转基因品系等优势,已经成为研究造血发育和人类疾病的常见模式动物。因此本论文以斑马鱼为主要动物模型,结合小鼠和人类细胞系,探究表观遗传因子ATF7IP/SETDB1调控造血干祖细胞增殖与分化的作用与机制。首先,我们利用CRISPR-Cas9技术构建了atf7ip和setdb1b斑马鱼突变体,通过原位杂交和流式细胞分析发现atf7ip或setdb1b缺失导致造血干祖细胞扩增受损与髓系分化偏倚,并伴随红细胞和淋巴细胞的减少。利用荧光共聚焦以及谱系示踪技术,我们发现atf7ip缺失的造血干祖细胞在减弱增殖能力的同时提高了髓系分化潜能。由于atf7ip和setdb1是广泛表达的表观因子,我们通过细胞移植以及组织特异性过表达实验,证明atf7ip/setdb1以细胞自主性方式调节造血干祖细胞扩增与分化。为了探究atf7ip/setdb1调控造血干祖细胞增殖与分化的作用机制,我们对atf7ip/setdb1突变体斑马鱼造血干祖细胞进行H3K9me3 Ch IP-seq、ATAC-seq和RNA-seq分析。实验结果显示敲除atf7ip或setdb1导致细胞周期抑制因子cdkn1a和髓系分化关键因cebpβ启动子区域H3K9me3修饰减少,染色质开放程度升高,引起造血干祖细胞扩增受阻,进而促进髓系单核细胞和中性粒细胞分化。此外ABT-199半抑制浓度,我们还发现APCR Primerstf7ip/Setdb1介导的H3K9me3修饰主要富集在造血干祖细胞DNA转座子和逆转录转座子(LTR、LINE、SINE)区域。Atf7ip与Setdb1相互作用,催化LTR和LINE调控区域H3K9me3修饰,减弱染色质开放程度,沉默LTR与LINE表达,从而抑制Mda5/Rig-I受体介导的天然免疫应答,阻滞应激驱动的过量髓系分化,以维持血液系统的正常发育与分化。为了探究组蛋白甲基化修饰在人类造血干祖细胞发育与分化及疾病中的作用,我们利用小鼠骨髓移植和集落形成实验,证明人类CD34~+造血干祖细胞中ATF7IP缺失显著降低其造血重建能力,但保留其SB203580 MW髓系分化潜能;同时发现ATF7IP在急性髓系白血病细胞中高表达,敲除ATF7IP/SETDB1能够抑制急性髓系白血病细胞的生长,促进髓系分化和天然免疫应答。综上所述,该研究论文揭示了ATF7IP/SETDB1介导的H3K9me3沉积和染色质重塑在控制造血干祖细胞扩增与多种血细胞分化中的一个重要调控机制,为人类血液疾病的干预提供了新思路和新策略。