NC | Ribo-seq技术应用：tRNA m1A修饰通过mTORC1信号调控造血干细胞的维持和更新

导读

造血干细胞（HSCs）是骨髓中罕见的成体干细胞，具有自我更新和多向分化能力，终身维持血细胞生成。为了应对复制、代谢、氧化和基因毒性等各种压力，HSCs发展了多种适应机制，但其完整适应机制仍未完全理解。

HSCs经历快速的静止状态打破、大规模克隆扩增和分化，这对于有效的造血重建至关重要。为满足巨大的生物能和生物合成需求，HSCs在转录、转录后和翻译水平快速增加蛋白质合成。

mTOR通路在这些过程中发挥重要作用，并被确定为调控HSC功能的关键因子,然而，mTOR通路在翻译调控水平上的调控研究较少。

长期以来，人们认为tRNA通过结构与mRNA密码子相互作用影响翻译。哺乳动物tRNA高度修饰，其化学修饰对翻译起重要作用，其中N1-甲基腺苷（m1A）修饰由TRMT61A和TRMT6催化，可以增强翻译起始和延伸。然而，TRMT6/TRMT61A在HSCs中的生物学功能尚不明确。最近有研究表明，TRMT6-TRMT61A复合物通过tRNA-m1A58修饰促进HSC老化。

2024年7月8日，杭州师范大学医学院汪虎团队在Nature Communications上发表了一篇题为“tRNA m1A modification regulate HSC maintenance and self-renewal via mTORC1 signaling”的论文，研究发现了tRNA-m1A58甲基转移酶TRMT6/TRMT61A作为mTOR通路的翻译调控点，对维持HSC内稳态和快速合成特定关键功能蛋白质以促进HSC分化和自我更新具有重要作用机制。

文章索引

【标题】tRNA m1A modification regulate HSC maintenance and self-renewal via mTORC1 signaling

【发表期刊】Nature Communications

【发表日期】2024年7月8日

【作者及团队】杭州师范大学医学院汪虎团队

【IF】16.6

研究结果

一. Trmt6缺失导致HSC表型扩增和长期再生能力下降

在研究Trmt6和Trmt61a在造血系统中的功能前，作者利用单细胞转录组数据评估了这些基因的表达。Trmt6在移植后及5-Fu、辐射或LPS处理后上调。

生成的Trmt6敲除小鼠（Trmt6-/-）显示B淋巴细胞减少，髓系细胞增加，白细胞和淋巴细胞减少，血小板和中性粒细胞增加。

流式分选显示，Trmt6-/-小鼠的造血干细胞（HSCs）频率增加，但静止状态减少。5-Fu处理后，Trmt6-/-小鼠存活时间显著减少，表明其HSCs更易耗尽。竞争性移植实验显示，Trmt6-/- HSCs的长期重建能力降低约10倍。这些结果都表明，Trmt6缺失显著损害了HSCs的长期重建和自我更新能力。

二. 单细胞测序显示Trmt6缺失的造血干细胞群体中mTORC1信号通路被激活

为了阐明Trmt6在造血中的分子机制，作者对Trmt6+/+和Trmt6-/-小鼠骨髓中的HSPCs进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。结果显示，Trmt6-/- HSPCs中LT-HSCs和MPP2比例增加，而其他细胞类型比例减少，显示出更高的增殖评分和S/G2/M细胞周期标志。

基因富集分析显示，Trmt6-/- HSPCs中mTORC1信号、未折叠蛋白反应和MYC靶标等基因集的表达更为活跃。时间分析表明，Trmt6-/-小鼠的HSCs在转录组上倾向于髓系转变。

总结来说，单细胞转录组分析显示，Trmt6在HSC静止和增殖转换中起重要作用，通过调控mTORC1信号通路。

三. tRNA-m1A58修饰对Tsc1 mRNA高效翻译和mTORC1信号调控是必需的

单细胞RNA测序结果显示，Trmt6-/- HSPCs中，LT-HSCs和MPP2细胞增多，其他细胞类型减少。这些细胞表现出增强的增殖特征和细胞周期的S、G2/M阶段增加，表明Trmt6-/- HSCs的静止-增殖转换受到干扰。

基因表达分析显示，Trmt6缺失影响了411个基因在LT-HSCs中的表达，涉及到增殖和静止相关基因集的调控。

作者利用Ribo-seq核糖体印迹分析技术，发现Trmt6-/- HSPCs中tRNA-m1A58修饰水平显著降低，导致Tsc1 mRNA翻译效率下降，进而引发mTORC1信号通路的激活。

作者通过实验证实，tRNA-m1A58修饰通过密码子解码直接调控Tsc1 mRNA翻译。敲低TRMT61A表达产生的类似效应进一步证明了tRNA-m1A58修饰在此过程中的重要作用。

四. 抑制mTOR通路改善了Trmt6敲除造血干细胞的异常增殖和自我更新缺陷

雷帕霉素治疗可以部分恢复Trmt6-/-小鼠中失调的造血过程。这项研究显示，雷帕霉素减少了LT-HSCs、ST-HSCs、MPPs和多种血细胞的异常增生，并改善了细胞周期缺陷。

进一步实验证明，过表达TSC1可部分修复Trmt6-/- HSCs的功能，提示mTORC1信号通路的过度激活在这一过程中起到了关键作用。

总结

本研究揭示了tRNA m1A58修饰的写入蛋白TRMT6和TRMT61A在造血干细胞中的作用。Trmt6缺失导致HSC异常增殖，通过激活mTORC1信号通路。Trmt6缺失后HSC富集细胞中mTORC1信号通路显著上调，TRMT6通过促进特定tRNA的甲基化修饰和TSC1的表达来调节mTORC1信号水平。药物抑制mTORC1信号通路可以部分恢复Trmt6缺失HSC的功能缺陷。

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