Gladiator血红蛋白转换是指在脊椎动物发育的特定时期血红蛋白链所产生得变化，从而使红细胞在功能上更好地适应各个时期生理的需求。从出生阶段开始，胎儿血红蛋白(HbF)向血红蛋白A2(HbA2)和血红蛋白A1(HbA1)转变，在成年期，血红蛋白的形式包括~1%HbF、~3%HbA2和~96%HbA1。血红蛋白转换不仅为研究人类发育过程中的基因表达提供了一个模型，同时也具有重要的医学研究价值。胎儿型血红蛋白(HbF)向成人型血红蛋白(HbA)的转换是血红蛋白调控的关键步骤。因为血红蛋白转换在镰状细胞贫血和地中海贫血临床发展中的重要性，科学家们已经对胎儿到成人血红蛋白的发育转换过程进行了广泛的研究。前期研究表明，增加胎儿血红蛋白(HbF)可以改善镰状细胞病和β-地中海贫血（β-thalassemia）的严重程度。通过功能以及全基因组关联分析，已经确认BCLI1A在人类HbF向HbA转换过程中所起的的关键作用。BCL11A通过在发育过程中表达的变化来抑制编码HbF的基因和调节人血红蛋白的转换。然而，BCL11A发育表达以及人血红蛋白的转换的上游调控机制仍尚未阐明。前期研究表明，LIN28B是造血发育早期阶段一个关键的调节因子。也有研究表明LIN28B可能促进造血祖细胞的重编程，使其进入类似胎儿期的状态，从而提高HbF水平，但是具体机制尚不清楚。尽管之前不认为LIN28B蛋白是核糖体相关蛋白，但它非常有可能作为BCL11A的上游调控因子，因为其可以结合多个mRNA并进行翻译调控。因此，是否LIN28B介导了BCL11AmRNA翻译抑制及其具体的相关机制仍有待进一步深入研究。近日，美国哈佛医学院、医院血液科/肿瘤科的VijayG.Sankaran课题组在NatureGenetics上发表题为ControlofhumanhemoglobinswitchingbyLIN28B-mediatedregulationofBCL11Atranslation的文章。该研究表明，在人类造血发育过程中，BCL11A在信使RNA(mRNA)翻译水平上受到调控，RNA结合蛋白LIN28B直接与BCL11AmRNA发生相互作用，且与let-7microRNAs无关，LIN28B介导的BCL11A翻译调控揭示了人血红蛋白转换的分子机制。研究人员首先在对胎儿、新生儿和成体红细胞中BCL11A蛋白表达差异但是BCL11AmRNA并不显著的研究基础上，提出这种差异现象发生的背后可能存在相关的转录后调控机制。研究人员通过环己酰亚胺阻断蛋白质的合成直接比较蛋白质的降解速率首先排除了BCL11A蛋白在细胞发育早期更容易降解的假说。进而提出BCL11A蛋白质合成的改变似乎是导致BCL11A蛋白水平变化的更可能的原因。用甲硫氨酸类似物l-叠氮丙氨酸对新合成的蛋白质进行了代谢标记，研究人员观察到，和成体红细胞中新合成的BCL11A水平相比，新生红细胞中的其含量降低了两倍。为确定所观察到的蛋白质合成速率变化的机制，研究人员通过检测BCL11AmRNA在多聚体中的分布来评估翻译是否收到影响。研究发现，虽然BCL11A在新生红细胞中整体蛋白合成率较低，但整体上其mRNA与核糖体结合并不受抑制。进一步的深入研究发现，BCL11A转录本的特定区域核糖体占用出现减少，并推断这种核糖体占用模式的变化可能提示无效的核糖体延长是新生红细胞蛋白合成减少的原因。借助于之前对FMRP蛋白——一种通过RNA结合蛋白与mRNA相互作用降低翻译延伸的脆性X智力迟钝蛋白研究，研究人员推断，在早期发育阶段，红细胞中表达的RNA结合蛋白可能与BCL11AmRNA结合并阻止其有效翻译。为进一步证明所提出的假设，研究人员使用RNA反义纯化(RAP)方法对人红细胞中核糖体相互作用蛋白进行了无偏倚筛查，并确定了与已知的与18srRNA相互作用的核糖体蛋白相似富集趋势的LIN28B蛋白。研究人员设计了一种基于与LIN28B互补DNA转录相关的绿色荧光蛋白(GFP)标记的表达来对细胞进行分类的策略，并通过对BCL11AmRNA和BCL11A蛋白（正常生理水平导致两倍降低）以及γ-globin的表达变化研究表明LIN28B可以抑制BCL11A蛋白的合成。但因LIN28B具有多种功能，因此，如何阐明其在此过程中的具体功能更加困难。鉴于之前多数研究都集中在LIN28B蛋白对let-7生成过程中的作用，本研究通过合成let-7家族类似物对脐带血来源的红细胞进行干扰，进一步将LIN28B导入成体造血祖细胞，并将其分化为红细胞系后进行干扰，实验结果排除了LIN28B作为let-7microRNA下游信号分子参与人BCL11A表达与血红蛋白转换调控的假设。进而，研究人员推断LIN28B可能通过与BCL11AmRNA直接相互作用直接影响其翻译。为避免和克服区分直接相互作用和间接RNA蛋白结合事件，研究人员采用紫外交联和免疫沉淀(CLIP)以及大规模并行测序，确定了覆盖个mRNA的个LIN28B结合位点，并在BCL11AmRNA的3个编码区发现了一个-碱基对(bp)LIN28B结合位点。为了评估BCL11A上的LIN28B结合位点的功能重要性，研究人员通过同义碱基变化来破坏BCL11AcDNA的LIN28B结合位点的所有三个GGAG基序，并在后续的研究过程中，发现升高LIN28B表达抑制了野生型蛋白的表达，而对三重GGAG基序突变的BCL11A蛋白表达无影响。研究结果表明BCL11AmRNA中这段特定位置的单点突变(GA)可以解释小鼠和人类在BCL11A蛋白表达和血红蛋白转换方面的发育差异。最后为明确抑制BCL11AmRNA翻译导致由LIN28B介导的HbF水平变化的程度，研究人员在成体造血祖细胞中同时表达LIN28B和BCL11A并诱导向红系分化，并发现γ-globin水平降低到接近成人红细胞细胞中的基线水平。综上所述，研究人员首先证明尽管在早期BCL11A蛋白合成有所下降，BCL11AmRNA仍与核糖体密切相关。进而通过无偏倚的基因组和蛋白质组分析，证明RNA结合蛋白LIN28B与核糖体和BCL11AmRNA直接相互作用，其在发育过程中以与BCL11A表达模式相反。此外，研究还发现，BCL11AmRNA的翻译被LIN28B通过直接的相互作用而抑制，而与LIN28B在调控let-7microRNAs中的作用无关，BCL11A是LIN28B的主要靶点。研究结果揭示了一个以前未被发现的人类血红蛋白转换机制，为镰状红细胞病和β地中海贫血症提供了新的治疗机会。原文链接：
