ゼブラフィッシュの原始赤血球生成におけるklf1遺伝子とklf17遺伝子の協同的な寄与

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12279 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

3 つの保存された C 末端ジンクフィンガーを特徴とするクルッペル様転写因子 (Klfs) は、造血や血管新生などのさまざまな生物学的プロセスに関与しています。しかし、Klfファミリーの転写因子が器官形成においてどのように連携するのかは依然として解明されていない。ゼブラフィッシュの胚形成中に、klf1 と klf17 の両方が中間細胞塊 (ICM) で発現され、そこで原始赤血球系細胞が生成されます。 CRISPR-Cas9 ゲノム編集技術を使用して、klf1 遺伝子と klf17 遺伝子の機能的に相互作用する役割を調査するために、klf1-klf17 二重変異体ゼブラフィッシュを樹立しました。 klf1-klf17 変異体は、受精後 2 日 (dpf) で循環原始赤血球系細胞数の減少を示しましたが、klf1 または klf17 単一変異体および野生型胚は同程度の数の原始赤血球系細胞を生成しました。 klf1-klf17変異体由来の循環赤血球系細胞は、2dpfで野生型細胞よりも大きな核を有しており、原始赤血球系細胞の成熟が損なわれていることを示唆している。 klf1-klf17変異体では、赤血球系細胞成熟マーカーのband3とミトフェリンの発現が1dpfで減少したが、造血前駆細胞マーカーのc-mybとsclの発現は減少しなかった。したがって、これらの結果は、ゼブラフィッシュ原始赤血球細胞の成熟過程における klf1 と klf17 の協調機能を示しています。

造血発達の根底にある分子機構は、ゼブラフィッシュと哺乳類の間でよく保存されています1。実際、造血細胞は、脊椎動物の胚発生中に、原始的および最終的な造血の 2 つの連続した波から生成されます 2。骨髄系前駆細胞はゼブラフィッシュの原始造血中に前側中胚葉 (ALM) に由来しますが、赤血球系前駆細胞は後側中胚葉 (PLM) に由来し 1,3 、後に血液島/中間細胞塊 (ICM) になります。赤血球前駆細胞は ICM で原始赤血球細胞に分化し、心拍が始まる受精後約 25 時間 (hpf) で血管内に移動して循環します。最終的な造血における造血幹細胞（HSC）は、大動脈-生殖腺-中腎（AGM）に由来し、受精後約 3 ～ 5 日（dpf）で、最終的な赤血球、骨髄およびリンパ系細胞を含むさまざまな分化した血液細胞を産生し始めます。尾側造血組織（CHT）およびその後の腎臓4。

クルッペル様転写因子（Klfs）は、C末端にCys2/His2ジンクフィンガーを持ち、標的遺伝子のプロモーター領域にあるCACCCボックスと相互作用し、造血を含むさまざまな器官形成プロセスにおいて重要な転写調節因子として機能します5。マウスの EKLF として知られる Klf1 遺伝子は、卵黄嚢血液島と胎児肝臓で特異的に発現されます。両方の部位が原始赤血球細胞を生成します6,7。 Klf1欠損マウスは胎生14日目（E14.5）にβサラセミアで死亡する。しかし、他の脊椎動物における klf1 遺伝子の発生機能は完全には理解されていません。マウスの胚発生中に、Klf6 は腎臓、心臓、肺などのいくつかの組織で広く発現します。 Klf6 欠損マウスは、E12.5 で赤血球生成および卵黄嚢血管新生の欠陥により死亡します 8。したがって、複数の Klf 遺伝子が哺乳類の造血発達の制御に寄与しています。

我々は以前に、ブラッドアイランド/ICM9で発現されるゼブラフィッシュklf17/biklf（ブラッドアイランドに富むクルッペル様因子）を単離しました。アンチセンスモルフォリノ注射を用いた klf17 遺伝子の一過性ノックダウン解析では原始赤血球生成の欠陥が引き起こされましたが 10、CRISPR-Cas9 媒介 klf17 欠損を持つゼブラフィッシュは明らかな造血欠陥を伴わずに血液循環を示しました 11。対照的に、変異体では孵化欠陥と側方神経マスト沈着の両方が観察されます11。 klf1、klf2a、klf3、klf6a、klf8などの他のklf遺伝子もICM12で発現しており、これらの遺伝子がゼブラフィッシュの造血において重複した機能を果たしている可能性が高まっている。最近の研究では、アンチセンスモルホリノを使用した klf3 または klf6a のノックダウンにより、成熟赤血球細胞が減少することが示されました 12。ただし、klf17 を除く ICM 発現 klf 遺伝子の遺伝子除去は、ゼブラフィッシュの造血発達中に解析されていません。