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造血干细胞是所有血细胞的始祖细胞，其能够自我更新而长期保障机体的生血需求。造血干细胞增殖受阻而丢失自我更新能力时，造血干细胞库无法维持，由此可能导致贫血等疾病。模式动物斑马鱼在研究造血方面有很大的优势，斑马鱼与哺乳动物的造血在解剖位置上是一一对应的，在分子调控机制上是高度保守的，而且其个体小、养殖成本低、繁殖能力强，是目前可进行高通量筛选的唯一脊椎动物模型。为了深入理解调控造血作用的分子网络，我们采用前向遗传学策略，以化学诱变剂ENU处理斑马鱼并筛选获得了造血干细胞发育缺陷的突变体，进一步定位克隆突变基因，研究它们对造血干细胞自我更新能力的影响机制。 我们以标记造血干祖细胞的转录因子cmyb为检测造血发育的探针基因，一共筛选得到148个造血干细胞自我更新能力异常的斑马鱼突变家系，其表型分为造血干细胞增加（形态正常或畸变）与造血干细胞缺失（形态正常或畸变）。这次大规模筛选提供了众多的造血缺陷脊椎动物模型，我们可以研究定位克隆到的突变基因并解析背后的分子调控网络，探寻致畸主导因素，发掘潜在的小分子化合物靶向治疗位点，为相似血液疾病的活体药物筛选奠定理论和物质基础。 我们通过这次筛选，获得了一个胚胎发育晚期出现定向造血障碍的突变家系cas008。我们通过定位克隆找到其突变基因gemin5，并且借助基因过表达实验证实gemin5的无义突变是产生该造血缺陷表型的原因。脚手架蛋白Gemin5，具有结合、投递snRNAs从而促进pre-mRNAs剪切复合体形成的功能，此外其结合mRNA并调控转录，介导蛋白结合并促进信号通路传递的作用亦有被报道。在cas008突变体中，Gemin5的功能缺失并不影响原始造血过程和血管的生成，也未阻抑造血干细胞的产生;而在胚胎到受精后第5天时，其造血干祖细胞的增殖能力明显下降，但没有经历凋亡信号的激活。接下来针对这一家系的研究将有助我们深入理解转录后及翻译调控在造血干细胞正常发育与自我更新能力维持中所扮演的重要角色。 我们还获得了一个kri1I基因突变造成胚胎造血干祖细胞在较早时期即锐减的突变家系cas002。Kri1I是核糖体rRNA剪切复合物的组分之一，其突变后18SrRNA大幅减产，核糖体无法正确组装，蛋白合成能力下降并使得错误折叠蛋白在细胞中大量积累，由此激活了PERK-eif2α信号通路，进而引发高强度的自噬;过度的自噬行为破坏了正常的细胞周期，造血干细胞即会因为增殖受阻而无法维持自我更新最终殆尽。在cas002突变体中使用小分子化合物GSK2656157阻断能激活自噬的PERK信号通路，或直接针对自噬过程进行抑制(BafA1、3-MA)，均可以恢复造血干细胞的增殖能力。 在筛选获得的众多突变家系中我们针对以上两个突变体深入剖析表型并探寻致畸机制，它们基因功能与造血缺陷表型相关性上的共同点提示我们:维持细胞生存稳态的基础事件如mRNA的剪切加工或蛋白合成等一旦被扰乱，正常的分裂周期就会受阻，对增殖能力变化极敏感的造血干细胞群体将受到严重影响而失去自我更新的特性，这很可能是伴有pre-mRNAs剪切复合体组装失败或核糖体异变的一些贫血疾病或骨髓功能丧失症的致病机理。我们的工作揭示了影响造血干细胞增殖稳态的重要机制，为进一步通过化学筛选确定造血干细胞发育和自我更新的调控节点提供了疾病动物模型;我们所使用的针对自噬及激活自噬的PERK信号通路的小分子抑制剂，能有效恢复突变体造血缺陷表型，展现出其在相关血液疾病如先天性纯红细胞再生障碍性贫血等的靶向治疗上的研发与应用价值。