The Role of Msi2 in adult and embryonic hematopoiesis

Abstract

The life-long production of blood cells is enabled by hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) residing in the bone marrow. An understanding of the genes that control how HSPCs work to sustain the continued production of blood cells will enable new techniques to expand them for life-saving transplantation therapies. We have used a retroviral integration screen to search for novel genes that regulate hematopoietic stem cell (HSC) function. One of the genes found was Musashi 2 (Msi2), an RNA binding protein that can act as a translational inhibitor. A gene trap mouse model that inactivates the gene shows that Msi2 is more highly expressed in long term (LT) and short term (ST) HSCs as well as in lymphoid myeloid primed progenitors (LMPPs), but much less in intermediate progenitors and mature cells. Mice lacking Msi2 are fully viable up to more than a year but exhibit severe defects in primitive precursors. Cell cycle and gene expression analyses suggest that the main hematopoietic defect in Msi2 defective mice consists in a decreased proliferation capacity of ST-HSCs and LMPPs. Moreover, HSCs lacking Msi2 are severely impaired in competitive repopulation experiments. We further found that Msi2 is expressed during embryo development in the CD41+ cells in the Aorta-Gonada Mesonephros (AGM), most probably corresponding to the earliest emerging HSCs. Also deficient Msi2 embryos have a decrease in the number of fetal liver HSPCs. Lastly, our experiments show that Msi2 deficient HSPCs have a defect in the Wnt and PTEN/PI3K/Akt pathways that could explain the phenotype observed. Altogether, my thesis provides novel insight in to the role and mechanism of action of Musashi-2 in mouse HSPCs.

La producción de células sanguíneas a lo largo de toda la vida se lleva a cabo gracias a las células madre hematopoyéticas y células progenitoras (HSPC) que residen en la médula ósea. El estudio de los genes que controlan cómo estas HSPCs trabajan para sostener la producción continua de las células de la sangre permitirán el desarrollo de nuevos protocolos basados en la expansión ‘in vitro’ de estas células para terapias de transplante. Hemos utilizado un cribado basado en el fenómeno de integración retroviral para buscar nuevos genes que regulan la función de células madre hematopoyéticas (HSC). Uno de los genes encontrados fue Musashi 2 (Msi2), una proteína de unión a ARN que puede actuar como un inhibidor de la traducción. El modelo de ratón desarrollado mediante “gene-trap” y que inactiva el gen, muestra que Msi2 está más expresado en HSCs de largo plazo (LT-HSC) y corto plazo (ST-HSC), así como en los progenitores linfoides-mieloides (LMPP), y su expresión disminuye en progenitores intermedios y células maduras. Los ratones deficientes para Msi2 son completamente viables, pero presentan defectos importantes en los precursores primitivos que se agravan con la edad. El análisis de ciclo celular y de expresión génica sugieren que el principal defecto hematopoyético en ratones con esta deficiencia consiste en una disminución de la capacidad de proliferación de ST-HSCs y LMPPs. Además, las HSCs con déficit de Msi2 no son capaces de repoblar la médula ósea cuando se transplantan junto a médula procedente de ratones “wild-type”. También hemos observado que Msi2 se expresa durante el desarrollo del embrión en las células CD41 + de la Aorta-Gonada Mesonefros (AGM), correspondiendo muy probablemente a las HSCs emergentes. Además los embriones deficientes para Msi2 tienen una disminución en el número de HSPC en hígado fetal. Por último, nuestros experimentos muestran que un déficit de Msi2 en las HSPCs provoca un defecto en las vías Wnt y PTEN / PI3K / Akt; esto podría explicar el fenotipo observado en estos ratones. En conjunto, mi tesis proporciona una nueva perspectiva sobre el papel y el mecanismo de acción de Musashi-2 en HSPCs de ratón.