Development：DNA甲基化影响造血干祖细胞产生的新机制

在脊椎动物胚胎造血发育过程中，造血干祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）由生血内皮细胞（hemogenic endothelial cells，HECs）通过内皮-造血转化（Endothelial-to-hematopoietic-transition，EHT）产生^{[1, 2]}。在这个过程中，HECs通过改变细胞形态并调控动脉程序以获得造血特性^{[3, 4]}。鉴定激活造血过程或抑制动脉特性的调控因子是解析HSPC产生机制的关键，对体外诱导造血干细胞具有重要的临床指导意义。

DNA甲基化在调控基因表达、维持基因组印记、X染色体沉默和调控胚胎发育等方面起着重要作用^[5-8]。以往的研究报道了在胚胎发育过程中，DNA甲基化对HSPC产生十分重要^[9]。然而，全基因组水平的DNA甲基化修饰调控HSPC细胞命运决定的机制尚不清楚。

近日，中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）王璐研究员与朱平研究员合作在《Development》杂志在线发表了题为“DNA methylation safeguards generation of hematopoietic stem and progenitor cell by repression of Notch signaling”的研究论文，该研究利用斑马鱼模型，描绘了HSPC产生过程中DNA甲基化的动态图谱，揭示了DNA甲基化通过抑制Notch相关基因促进造血干祖细胞产生的新机制。

研究人员选取造血干细胞产生的关键时间点（36 hpf），分选内皮细胞（endothelial cells，ECs）、HECs和HSPCs，利用全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）和转录组测序（RNA-seq）技术进行深入分析。基于WGBS数据，研究人员鉴定了细胞类型特异的差异甲基化区域（DMRs），描绘了HSPC产生过程中DNA甲基化的动态图谱。进一步通过敲除和敲低DNA甲基化转移酶1（Dnmt1）降低甲基化水平，发现HSPC产生缺陷，说明Dnmt1对HSPC发育至关重要。

随后，通过WGBS和RNA-seq联合数据分析，鉴定出DNA甲基化与转录水平呈现负相关的基因主要富集于血管发育相关通路，尤其是Notch信号通路相关基因；体内实验证明缺失Dnmt1后动脉内皮基因的表达上升。进一步研究发现，DNA甲基化修饰通过抑制Notch信号通路，降低动脉内皮基因表达，促进HSPC产生，而在Dnmt1缺失后，Notch相关基因甲基化降低，表达增强，进而导致Notch活性升高，抑制HSPC产生。

该研究使用多组学技术和功能实验评估了HSPC产生过程的整体DNA甲基化水平动态变化，证明Dnmt1通过抑制Notch信号通路调控HSPC产生。这一发现丰富了我们对体内HSPC产生机制的认识，为体外诱导获得可移植的造血干祖细胞提供新的思路。

中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）王璐研究员、朱平研究员为共同通讯作者。中国科学院动物研究所博士生李妍和中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）博士生唐晁为共同第一作者。该项目获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等基金的支持。

参考文献

1. BERTRAND J Y, CHI N C, SANTOSO B, et al. Haematopoietic stem cells derive directly from aortic endothelium during development [J]. Nature, 2010, 464(7285): 108-11.

2. BOISSET J C, VAN CAPPELLEN W, ANDRIEU-SOLER C, et al. In vivo imaging of haematopoietic cells emerging from the mouse aortic endothelium [J]. Nature, 2010, 464(7285): 116-20.

3. GAMA-NORTON L, FERRANDO E, RUIZ-HERGUIDO C, et al. Notch signal strength controls cell fate in the haemogenic endothelium [J]. Nat Commun, 2015, 6(8510.

4. LIZAMA C O, HAWKINS J S, SCHMITT C E, et al. Repression of arterial genes in hemogenic endothelium is sufficient for haematopoietic fate acquisition [J]. Nat Commun, 2015, 6(7739.

5. BIRD A. DNA methylation patterns and epigenetic memory [J]. Genes Dev, 2002, 16(1): 6-21.

6. CEDAR H, BERGMAN Y. Programming of DNA methylation patterns [J]. Annu Rev Biochem, 2012, 81(97-117.

7. LUO C, HAJKOVA P, ECKER J R. Dynamic DNA methylation: In the right place at the right time [J]. Science, 2018, 361(6409): 1336-40.

8. WANG L, LIU Z, LIN H, et al. Epigenetic regulation of left-right asymmetry by DNA methylation [J]. Embo j, 2017, 36(20): 2987-97.

9. LIU X, JIA X, YUAN H, et al. DNA methyltransferase 1 functions through C/ebpa to maintain hematopoietic stem and progenitor cells in zebrafish [J]. J Hematol Oncol, 2015, 8(15.