细胞内代谢稳态对于造血干细胞的自我更新与分化至关重要。虽然造血干细胞在静息状态下通常以糖酵解为主要代谢途径，但精密调控的线粒体代谢活性也是造血干细胞稳态平衡的维持所必需的（Filippi et al. 2019；Yu et al. 2013）。研究表明，敲除铁硫簇蛋白显著破坏线粒体呼吸链的功能从而引起造血干细胞库的衰竭（Ansó et al. 2013）。异常激活线粒体未折叠蛋白反应与线粒体应激损害造血干细胞的静息状态，导致造血干细胞的长期移植能力显著下降（Mohrin et al. 2015）。RNA可变剪接是从同一转录本前体产生不同RNA变体的一种利于细胞节能的基因表达调节方式（Chen et al. 2009；Marasco et al. 2023）。可变剪接的调控在细胞增殖、分化、代谢、衰老以及死亡等多种生物学过程中发挥重要作用。参与RNA可变剪接的一些核心组分通常包括小RNA及其RNA结合蛋白。多种剪接因子如Srsf2、U2af1等被报道参与胎肝或成体骨髓造血干细胞的稳态调控（Komeno et al. 2015；Dutta et al. 2021）。剪接过程的紊乱与恶性造血也密切相关，在急性髓系白血病、骨髓异常增生综合症患者临床样本中检测到SRSF2、SF3B1、U2AF1和ZRSR2存在基因突变（Saez et al. 2017；Yoshimi et al. 2019）。但迄今为止，可变剪接如何整合调控造血干祖细胞的线粒体代谢尚未报道。

10月13日，基础医学院病理生理学系郭滨课题组与美国印第安纳大学医学院万钧团队、山西医科大学贺杰峰团队合作在Cell Reports期刊上发表了题为Aspartyl-tRNA synthetase 2 orchestrates iron-sulfur metabolism in hematopoietic stem cells via fine-tuning alternative RNA splicing的研究论文。该研究发现线粒体氨酰tRNA合酶Dars2通过定位到造血干祖细胞的剪接体与剪接因子Srsf3等互作，调控代谢相关基因包括mtor和Slc22a17的mRNA可变剪接事件，进而通过调控铁硫簇代谢影响线粒体稳态和造血干细胞库的维持。

Dars2调控造血干细胞稳态维持的机制

郭滨团队致力于细胞器应激与造血系统再生调控机制研究。在部分前期工作基础上（Leukemia 2019；J Clinic Invest 2021），该研究构建了Dars2基因在血液系统的条件敲除小鼠模型，发现Dars2功能缺失逐步引起小鼠的造血活性下调、严重贫血、造血干祖细胞库枯竭以及小鼠死亡。Dars2的经典功能是调控线粒体天冬氨酸与tRNA的连接从而参与线粒体基因组编码的蛋白质合成。前期国际上有研究报道Dars2在心肌细胞和巨噬细胞中存在不依赖于氨酰tRNA合酶活性的功能（Dogan et al. 2014；Willenborg et al. 2021）。本研究发现，Dars2在造血干细胞中的功能缺失后并未显著改变线粒体基因编码的蛋白组分合成水平，提示Dars2可能通过一种新的机制调节造血干细胞的功能。研究人员进一步进行了非标记定量(Lable free)蛋白质组学分析，结果发现Dars2敲除的造血干祖细胞中下调最为显著的一类蛋白是剪接因子，包括Srsf2、Srsf3、Srsf6等。通过免疫荧光与蛋白质免疫共沉淀实验，作者意外发现Dars2除了定位在线粒体，还显著定位到造血干祖细胞中的剪接体，并与剪接因子Srsf3互作。Dars2敲除后，造血干祖细胞中Srsf3的蛋白稳定性破坏从而导致其降解。通过可变剪接分析发现，Dars2敲除的造血干祖细胞中多种代谢过程基因的RNA可变剪接事件出现显著异常。其中包括一个之前在心肌细胞中被报道受Srsf3调控的mtor基因，它发生了内含子滞留。其它剪接事件中，研究人员关注到Slc22a17基因，该基因的RNA在Dars2敲除的造血干祖细胞中出现了显著的外显子跳跃，引起读码框的移位，形成三个连续的终止密码子。进一步研究发现，Dars2敲除的造血干祖细胞中Slc2217的启动子活性没有显著改变，而mRNA水平显著降低，提示可能发生了mRNA decay。RNA免疫共沉淀实验表明，Srsf3可以显著与Slc22a17的RNA结合。Slc22a17被报道参与了一些细胞类型内铁稳态的调控，敲除Dars2和敲减Slc22a17的造血干祖细胞内的铁含量显著降低，蛋白组学结果显示铁硫簇蛋白组分表达显著下调。铁硫簇蛋白在线粒体呼吸链电子传递与DNA损伤修复中发挥着重要作用。研究人员发现，Dars2敲除引起造血干祖细胞线粒体呼吸代谢活性下调和DNA损伤累积。敲减Slc22a17显著抑制造血干祖细胞的克隆形成能力，而过表达Slc22a17能够部分回补因Dars2功能缺失引起的铁代谢紊乱和造血功能损伤。该论文揭示了第一个氨酰tRNA合酶在造血干细胞稳态调控中的功能，报道了Dars2通过控制RNA可变剪接的方式参与线粒体代谢活性与稳态的调控，为造血干细胞的代谢调控提供了全新视角。

基础医学院2021级博士研究生顾璇与印第安纳大学医学院万钧团队博士研究生郦凯凌为论文的共同第一作者；郭滨研究员、万钧教授、贺杰峰教授为论文的共同通讯作者。该研究受到科技部国家重点研发计划“干细胞与转化研究”重点专项、国家自然科学基金委重大研究计划培育项目、面上项目以及美国血液学会GRA等资助。

原文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)01276-7