文献学习001：【代谢】线粒体翻译通过维持铁稳态来调节末端红细胞分化

摘要：线粒体 tRNA 翻译优化 1 （Mto1） 介导的线粒体 tRNA 牛磺酸修饰对于线粒体蛋白翻译至关重要。Mto1 缺陷被证明在胚胎干细胞中诱导变形应激。最近发现一名 MTO1 基因突变的患者表现出严重贫血，这使我们假设 Mto1 功能障碍可能导致红细胞生成缺陷。造血特异性 Mto1 条件敲除 （cKO） 小鼠是胚胎致死的，并且在成红细胞增殖和终末分化方面表现出不依赖生态位的缺陷。从机制上讲，Mto1 cKO 胎儿肝脏中的线粒体氧化磷酸化复合物严重受损，随后是胞质铁积累。过负荷的胞质铁促进了血红素生物合成，从而在 Mto1 cKO 成红细胞中诱导了未折叠蛋白反应 （UPR）。铁螯合剂或 UPR 抑制剂在体外挽救了 Mto1 cKO 胎肝中的红系末端分化。铁稳态的这种线粒体调节揭示了线粒体 tRNA 修饰在胎儿造血中不可或缺的作用。

结果1：造血特异性 Mto1 KO 导致胚胎致死和严重贫血

先前显示组成型整体 Mto1 KO 会导致胚胎致死 （12），表明 Mto1 在胎儿发育中起着不可或缺的作用。我们首先在数据库、表达图谱 （14） 中检查了小鼠不同发育阶段的 Mto1 基因表达，发现 Mto1 在胚胎第 （E） 16 阶段和胎儿肝脏中表达最高，胎儿肝脏进行主动造血 （图 1A在图像查看器中打开).另一个数据库 Bloodspot （15） 也显示 Mto1 表达在红细胞谱系中最高，尤其是在成红细胞原体 （图 1B在图像查看器中打开).两个数据库都表明 Mto1 在胎儿造血中的重要作用，尤其是在红细胞生成中。

为了阐明 Mto1 在造血中的生物学功能，我们通过与 Vav-Cre 小鼠杂交生成造血特异性 Mto1 条件 KO 小鼠（图 S1A）（16）。造血特异性 Mto1 KO 小鼠 （Mto1FL/FL;Vav-Cre，以下简称 Mto1 KO）在胚胎上是致命的，而Mto1fl/+;Vav-Cre 杂合子的寿命与它们的 Vav-Cre 阴性同窝伴侣一样长 [Mto1FL/FL，以下简称野生型 （WT）]（图 S1B）。Mto1 KO 胎儿外观苍白，胎肝比 WT 对照更小、更苍白，表明严重贫血（图 1C在图像查看器中打开).定量聚合酶链反应 （qPCR） 证实，Mto1 基因在胎儿肝脏中的 KO 效率超过 90%（图 S1C）。一致地，通过质谱分析确定，胎肝 Ter119 成红细胞线粒体 tRNA 中牛磺酸修饰水平在 Mto1 KO 胎儿中检测不到或严重受损 （+图 1D在图像查看器中打开).Mto1 KO 中的总胎儿肝细胞率显著降低至约 WT 的 50% （图 1E在图像查看器中打开).对 Mto1 KO 胎儿的血液分析显示，严重贫血以及红细胞相关参数的明显异常，例如平均红细胞体积 （MCV） 和平均红细胞血红蛋白浓度 （MCHC），以及白细胞数量轻度减少（图 1F在图像查看器中打开).为了阐明 Mto1 KO 胎儿贫血的原因，我们分析了含有造血干细胞和 Mto1 KO 胎儿肝脏祖细胞 （HSPCs） 的未成熟造血细胞群。流式细胞术分析显示，谱系阴性 （Lin−） 和 Lin−与 WT 对照相比，Mto1 KO 胎肝的造血干细胞 （HSC） 和多能祖细胞（图 S1、D 至 G）以及髓定型祖细胞（图 S1、H 和 I）的 c-kit （LK） 群体和细微变化。相比之下，对成熟造血细胞群的分析显示，除 B 细胞外，Mto1 KO 胎儿肝脏的变化可以忽略不计（图 S1、J 和 K）。总的来说，这些结果表明 Mto1 缺陷导致严重贫血以及 HSPC 和 B 细胞轻度减少。

结果2: Mto1KO 诱导末端红细胞增殖和分化缺陷

由于在 Mto1 KO 胎肝中观察到严重贫血，因此在 Mto1 表达最高 （图 1A在图像查看器中打开).Mto1 KO 胎肝中 Ter119 红系祖细胞的绝对数量显著低于 WT （+图 2A在图像查看器中打开).为了更好地表征红细胞分化的哪个阶段受到影响，我们按照先前报道的将胎儿肝细胞流式细胞下分级成成红细胞群 （17）。发现在 Mto1 KO 胎肝中，从嗜碱性到正染性成红细胞阶段的成红细胞绝对细胞数显着降低，其中多色性成红细胞减少最严重，而原红细胞的数量保持不变（图 2，B 和 C在图像查看器中打开).使用 Ter119 和 CD71 （18） 区分成红细胞阶段的另一种策略进一步证实了这一点，该策略显示 Mto1 KO 胎肝分化早期的成红细胞分化阻断（图 S2、A 和 B）。为了评估红细胞生成的终末期，我们还研究了成红细胞的剜除状态，发现 Mto1 KO 成红细胞的剜除能力受损（图 S2、C 和 D）。这些结果表明 Mto1 调节末端红细胞分化。与 Mto1 KO 多色性成红细胞的大幅减少一致，我们发现 Mto1 mRNA 表达在 WT 胎肝多色成红细胞阶段（图 2D在图像查看器中打开).此外，通过质谱 （MS） 进行的 tRNA 修饰分析显示，在多染性成红细胞阶段，牛磺酸修饰水平最高（图 S2E）。我们通过 RNA 测序进一步比较了 Mto1 KO 和 WT 胎肝之间多色成红细胞的转录组谱。主成分分析显示 Mto1 KO 与 WT 的明确分离（图 S2F），随后进行基因本体论 （GO） 分析，显示 Mto1 KO 中 DNA 复制和细胞周期相关的 GO 项的负富集和细胞质翻译相关 GO 项的阳性富集（图 S2G），表明细胞增殖受损。我们还证实了红细胞生成主调节因子 Gata-1 在 Mto1 KO 多染性成红细胞的 mRNA 和蛋白水平上下调表达（图 S2、H 和 I）。

总的来说，Mto1 KO 胎肝中严重受损的红细胞增殖和分化与 Mto1 mRNA 表达及其在红细胞分化过程中介导的 tRNA 牛磺酸修饰相吻合，这在多色成红细胞阶段最高。

结果3：Mto1KO 小鼠显示生态位非依赖性和细胞内源性红细胞缺陷

与肝脏生态位的相互作用在胎儿造血中起重要作用 （19， 20）。为了测试 Mto1 KO 是否影响肝脏生态位细胞，我们流式细胞术分析了 Mto1 KO 胎肝来源细胞中的基质和内皮细胞群，发现两个群体均无显着变化 （图 3， A 和 B在图像查看器中打开).巨噬细胞也是通过成红细胞岛的去核过程支持和促进红细胞生成的关键生态位组分 （21）。总巨噬细胞的绝对数量 （F4/80），组织驻留 （F4/80Ly6c++−），与对照组 （++图 3， C 和 D在图像查看器中打开和图 S3A）。这些结果表明，Mto1 KO 胎肝中的红细胞缺陷与肝脏生态位无关。

为了进一步证实 Mto1 缺陷引起的生态位非依赖性红细胞缺陷，我们从 Mto1 KO 和 WT 胎肝中分离出成红细胞岛，并根据先前建立的方法在体外培养 8 天（图 3E在图像查看器中打开和图S3B） （22， 23）。体外成红细胞岛培养显示，Mto1 KO 中的成红细胞岛数量显著低于 WT （图 3F在图像查看器中打开），并且从嗜碱性到多色性成红细胞的转变受损，导致嗜碱性成红细胞在第 8 天 （图 3， G 和 H在图像查看器中打开).通过谱系阴性细胞的红系分化培养发现了类似的结果（图 S3、C 和 D）（24）。这些表明嗜碱性阶段的细胞分化和多色阶段的细胞增殖都存在缺陷，正如转录组分析所表明的那样（图 S2，G 到 I）。这些结果表明，Mto1 以细胞内在方式在胎儿红细胞生成中发挥不可或缺的作用。

结果4：Mto1KO 诱导 OXPHOS 复合物缺陷和胞质铁蓄积

MTO1 用牛磺酸修饰 mt-tRNA 的 34 U 位置，从而稳定密码子-反密码子相互作用并促进 13 个 mt-DNA 编码基因的翻译。mt-DNA 编码的蛋白质被掺入氧化磷酸化 （OXPHOS） 复合物 I、III、IV 和 V （图 4A在图像查看器中打开).mt-DNA 编码蛋白的代谢标记显示，与 WT （+图 4B在图像查看器中打开），增加了某些 OXPHOS 复合物可能存在缺陷的可能性。为了检查 OXPHOS 复合物的形成，我们进行了蓝色天然聚丙烯酰胺凝胶电泳 （PAGE），然后进行免疫印迹，发现这些 OXPHOS 复合物在 Ter119 Mto1 KO 细胞中的形成显著减少（减少约 50%）比 WT 对照，而复合物 II，其所有亚基均由核 DNA 编码，不受影响（+图 4C在图像查看器中打开).

与 Mto1 KO 细胞中受损的 OXPHOS 复合物形成一致，Mto1 KO 多染性成红细胞的最大呼吸速率、线粒体膜电位和线粒体活性氧 （ROS） 水平与 WT 细胞相比受到显着抑制，尽管 Mto1 KO 多染性成红细胞的线粒体质量正常（图 4， D 和 E在图像查看器中打开和图 S4、A 和 B）。因此，Mto1 缺陷诱导受损的 OXPHOS 复合物形成，随后抑制多色成红细胞中的 OXPHOS 活性。

为了进一步验证 OXPHOS 复合物形成在胎儿红细胞生成中的关键作用，分析了另一种 OXPHOS 复合物 I 缺陷小鼠模型 Ndufs4 KO 小鼠 （25）。Ndufs4KO 胎肝来源的 Ter119 成红细胞仅显示 OXPHOS 复合物 I 的形成受损，而其他复合物则没有（图 S4C）。与 Mto1 KO 小鼠一样，Ndufs4 KO 小鼠在胎儿肝脏中也显示出末端红细胞分化显著受损，但比 Mto1 KO 小鼠温和得多（图 S4，D 至 F）。在 Ndufs4 KO 胎肝中未观察到线粒体膜电位的显著变化（图 S4G）。+

OXPHOS 复合物中掺入了多种形式的铁，用于执行电子转移。铁硫簇由配合物 I、II 和 III 保持，而不同类型的血红素由配合物 II、III 和 IV 保持 （26）。我们假设由 Mto1 缺陷引起的 OXPHOS 复合物 I 、 III 和 IV 的形成受损会改变线粒体中的铁定位，并最终影响线粒体和胞质溶胶之间的细胞内铁分布。为了检验这一假设，使用特异性铁探针通过流式细胞术定量 Ter119 成红细胞细胞中线粒体中的铁水平，而从成红细胞细胞中分离胞质溶胶后，通过诱导耦合血浆 MS （ICP-MS） 定量细胞内铁水平。这些分析显示线粒体铁显着减少，而 Mto1 KO 胎儿肝成红细胞中胞质铁的显着升高 （+图 4， F 和 G在图像查看器中打开).一致地，透射电子显微镜分析显示，Mto1 KO 胎肝多色成红细胞在胞质溶胶中含有明显更大的铁粒、含铁囊泡，而含有铁粒的细胞的百分比相当 （图 4H在图像查看器中打开和图 S4H）。在 Ndufs4 KO 多染性成红细胞中，胞质铁积累的程度相对较温和，铁粒大小与 WT 对照相当，而含有铁粒的细胞的百分比略高（图 S4、I 和 J）。这些结果表明，胞质铁蓄积的程度可能涉及胎儿红细胞生成受损。

总的来说，这些结果表明，Mto1 缺陷诱导多色成红细胞中 OXPHOS 复合物的低效翻译和形成，并导致线粒体减少和胞质铁增加，导致红细胞增殖和分化失调。

结果5：血红素生物合成上调与 Mto1 KO 衍生的胞质铁过载相关

胞质铁水平由 RNA 结合蛋白铁调节蛋白 （IRP） 感应，IRP 与顺式调节发夹结构（称为特定靶标 mRNA 中的铁反应元件 （IRE））相互作用，并调节蛋白质翻译 （27）。为了研究胞质铁积累是否促进 IRE 相关蛋白翻译，对 WT 和 Mto1 KO 多染性成红细胞进行了蛋白质组分析。与 Mto1 KO 成红细胞中受损的 OXPHOS 复合物形成一致，差异表达蛋白的 Metascape 分析 （28） 显示氧化还原酶相关蛋白 （−Log10 P 值 = 10.96）（图 S5）。IRE 靶标蛋白的表达显示出与铁充足条件下相似的特征 （27）;铁蛋白 [铁蛋白轻链 （FTL）] 和 5′-氨基乙酰丙酸合酶 2 （ALAS2） 的表达显著高于 WT （图 5A在图像查看器中打开).基于抗体的免疫印迹进一步证实了 Mto1 KO 成红细胞中 ALAS2 蛋白的上调 （图 5B在图像查看器中打开).这些数据表明，IRPs 感应到胞质铁的增加，并通过 IREs 调节铁相关蛋白翻译。ALAS2 蛋白（血红素生物合成途径的初始酶）的表达上调预计将导致活跃的血红素生物合成。另一项 MS 分析证实，Mto1 KO 多色成红细胞中的细胞内血红素（血红素）含量显著高出 30%（图 5C在图像查看器中打开).虽然该分析本身不是血红素生物合成的直接测量，但数据强烈表明血红素生物合成在 Mto1 KO 多染性成红细胞中显着上调。代谢组分析显示血红素生物合成中间体卟啉（排名前八的代谢，P 值< 0.05）的代谢途径发生显著变化。图 5D在图像查看器中打开).卟啉在血红素生物合成中起着重要作用，因为卟啉通常用作从细菌到高等脊椎动物的物种之间血红素生物合成途径的中间体 （29）。这些数据验证了 Mto1 KO 细胞中 OXPHOS 缺陷衍生的胞质铁过载，这反过来又诱导了铁血红素生物合成的上调。

结果6：UPR 是 Mto1 KO 介导的红细胞缺陷的原因

据报道，血红素通过上调 Xbp1 剪切诱导 UPR （30）。由于血红素表达在 Mto1 KO 成红细胞中上调，我们推测 Mto1 缺陷可能通过血红素过量产生诱导 UPR。基因表达分析显示，Mto1 KO 多染性成红细胞 （图 6A在图像查看器中打开).考虑到翻译后调节，通过免疫印迹证实 Mto1 KO 成红细胞中 ATF4 和 XBP1-s 蛋白的上调 （图 6B在图像查看器中打开).Xbp1-s 与总 Xbp1 （Xbp1-t） mRNA 表达的比率在 Mto1 KO 成红细胞中也上调，并且在正染性成红细胞阶段变得更加明显 （图 6C在图像查看器中打开和表 S1）。Mto1 KO 多染性成红细胞中的 UPR 诱导也受到细胞周期相关基因负富集的支持（图 S2G），因为 UPR 被证明会抑制细胞周期进程 （33）。因此，在 Mto1 KO 多染性成红细胞中显著诱导细胞凋亡（图 S6、A 和 B）。尽管已知铁积累会导致铁死亡，但脂质过氧化（铁死亡的标志）在 WT 和 Mto1 KO 成红细胞之间相似，并且在 Mto1 KO 小鼠的成红细胞岛培养物中，铁死亡的选择性抑制剂 ferrostatin-1 （Fer-1） 未挽救末端红细胞分化（图 S6、C 和 D），表明细胞凋亡而不是铁死亡部分解释了 Mto1 中的红细胞分化阻断KO 胎肝除了抑制细胞增殖。

为了确认 IRE1α-XBP1 信号转导通路是否诱导末端红细胞分化阻滞，WT 成红细胞岛在体外用 UPR 诱导剂 thapsigargin 处理，已知该药优先通过 IRE1α-XBP1 信号转导通路诱导 UPR （34）。用 thapsigargin 处理显着降低了 Ter119 群体和受损的末端红细胞分化（图 S6、E 和 F），同时在处理和分离的 WT 多染性成红细胞中 Gata-1 基因的表达下调和 Xbp1-s 基因的表达上调（图 S6、G 和 H）。UPR 可由多种细胞应激诱导，例如高水平的胞质钙，而 thapsigargin 治疗也会升高 （35）。为了排除钙诱导的 UPR 参与 Mto1 KO 小鼠，我们比较了细胞内钙水平，发现 Mto1 KO 和 WT 小鼠之间没有显着差异（图 S6I）。接下来，我们研究了 IRE1α-XBP1 信号通路的抑制是否挽救了 Mto1 KO 小鼠的胎儿红细胞缺陷。当用 IRE1α 激酶抑制剂 Kira-6 （36） 培养 Mto1 KO 和 WT 成红细胞岛时，证实了 Xbp1-s 基因在 Mto1 KO 细胞中的下调表达（图 S6J）。如前所述，观察到 ATF 蛋白表达的下调 （37， 38），而 ALAS2 蛋白表达不受影响，表明 Kira-6 处理不会改变胞质铁水平（图 S6K）。在这些条件下，Ter119 Mto1 KO 细胞和下游成红细胞群的数量增加到正常水平 （++图 6，D 到 F在图像查看器中打开).相反，Gata-1 基因表达在用 Kira-6 处理的 Mto1 KO 成红细胞中显着上调 （图 6G在图像查看器中打开).总的来说，这些结果表明，通过 IRE1α-XBP1 信号通路的血红素诱导的 UPR 是导致 Mto1 KO 小鼠胎儿红细胞缺陷的原因，导致细胞周期抑制和细胞凋亡诱导。

结果7：Mto1KO 介导的红细胞缺陷通过铁螯合法挽救

最后，为了检查铁定位不平衡与胎儿成红细胞终末分化的因果关系，用过量的铁培养来自 Mto1 KO 和 WT 胎儿肝脏的成红细胞岛。过量的铁处理显著降低了 Mto1 KO 和 WT 胎儿肝脏中的 Ter119 群体和 Gata-1 基因表达（图 S7，A 至 C）。相反，过量的铁处理在 WT 细胞中诱导了 Xbp1-s 基因表达，而在 Mto1 KO 细胞中未观察到（图 S7D）。这种铁过载诱导的 Xbp1-s 表达使用 ERAI 小鼠 （39） 在蛋白水平上得到证实，ERAI 小鼠在 UPR 上表达 XBP1-s-venus 融合蛋白 （+图 7A在图像查看器中打开).

此外，用铁螯合剂去铁胺 （DFO） 培养来自 Mto1 KO 和 WT 胎儿肝脏的成红细胞岛。通过下调 ALAS2 蛋白表达证实了 DFO 铁螯合的疗效 （图 S7E）。在 DFO 培养条件下，Mto1 KO 胎肝中的末端红细胞分化被部分挽救，而在 WT 胎肝中仅观察到轻微影响 （图 7，B 到 D在图像查看器中打开).相应地，Gata-1 基因表达在 DFO 处理的 Mto1 KO 胎肝细胞中也增加 （图 7E在图像查看器中打开），而 Xbp1-s 基因表达 （图 7F在图像查看器中打开） 被显著抑制。

铁超负荷直接在离体成红细胞岛中诱导 UPR，而 Mto1 介导的红细胞缺陷被铁螯合部分挽救。这一发现表明，铁稳态受损导致 IRE1α-XBP1 信号通路介导的 Mto1 KO 成红细胞中的 UPR，并调节细胞增殖和分化。

讨论：受 mt-tRNA 修饰酶缺陷影响的主要靶标蛋白是 OXPHOS 复合体的组分，即 mt-DNA 编码的蛋白 （40， 41）。与这一发现一致，Mto1 KO 成红细胞显示 OXPHOS 复合物 I、III、IV 和 V 的翻译减少。由于其富含铁的结构 （26），OXPHOS 复合体缺陷之后是铁的细胞内分布明显不平衡，即线粒体减少和胞质铁增加，这导致 Mto1 KO 小鼠血红素生物合成上调。由于表明血红素通过 ROS 生成诱导胞质 UPR （30， 42），升高的血红素反过来诱导胞质 UPR （图 7G在图像查看器中打开).

我们的研究结果表明，OXPHOS 复合物缺陷是 Mto1 KO 小鼠红细胞产生效率低下的主要原因。为了支持这一假设，我们分析了 OXPHOS 复合体 I 缺陷小鼠模型 Ndufs4 KO 小鼠 （25），该模型缺乏编码 18-kDa 蛋白的 Ndufs4 基因，该基因是构成 OXPHOS 复合体 I 的 45 个亚基之一，因此在人类中显示出 Leigh 样表型 （25）。Ndufs4在 Mto1 KO 小鼠中发现 KO 小鼠部分表型红细胞缺陷，尽管延伸程度较小（图 S4，C 至 F）。然而，值得注意的是，在 Ndufs4 KO 胎肝中根本没有观察到线粒体膜电位的显着变化（图 S4G），这表明 Mto1 缺陷引起的红细胞缺陷是由其他因素介导的，而不是减弱的 OXPHOS 活性。基因型 - 表型比较表明胎儿红细胞生成受损的程度与 OXPHOS 复合物的缺陷程度相关，但与线粒体活性无关;5 个 OXPHOS 复合物中有 4 个 在 Mto1 KO 细胞中受到影响，而只有一个复合物在 Ndufs4 KO 细胞中受到影响 （图 4C在图像查看器中打开和图 S4C）。由于 OXPHOS 复合体中掺入了多种形式的铁 （26），因此 Mto1 KO 诱导的 OXPHOS 复合体缺陷导致细胞内铁分布的改变 （图 4，F 到 H在图像查看器中打开），这比 Ndufs4 KO 细胞更明显（图 S4、I 和 J）。这些结果表明，红细胞缺陷表型归因于超负荷的胞质铁。Mto1 KO 细胞中线粒体铁的减少和胞质铁的升高 （图 4， F 和 G在图像查看器中打开） 表明细胞内铁从线粒体到胞质溶胶的迁移。然而，不能排除 Mto1 KO 细胞中铁摄取上调的可能性，因为胞质铁增加的程度高于线粒体铁减少的程度。我们的观察结果与先前的研究结果一致，表明 Ndufs4 KO 小鼠表现出铁过载的迹象，例如铁调素表达增加和肝脏中 IRE 靶蛋白表达的铁充满模式 （43）。

此外，Mto1 以肝脏生态位非依赖性和细胞内源性方式在胎儿红细胞生成中发挥不可或缺的作用 （图 3在图像查看器中打开).我们的结果还提出了铁稳态在这种机制中的关键作用，因为红细胞使用丰富的铁通过血红素-血红蛋白生物合成进行分化 （4）。尽管我们在本研究中提出血红素过量诱导的 UPR 是贫血的原因，但我们不能排除由胞质铁增加的氧化还原失衡诱导的氧化应激是 UPR 和贫血的潜在原因的可能性。此外，正如之前的报告所暗示的那样，由线粒体和细胞质翻译不平衡引起的蛋白静应激仍有可能促成它们 （12， 44）。Mto1 KO 小鼠 （图 7， B 到 F在图像查看器中打开).

从历史上看，线粒体因其在能量代谢中的作用而受到广泛研究。由于成熟的红细胞充当供氧剂，并在成熟过程中失去线粒体 （3），因此线粒体在红细胞生成中的作用尚未得到非常详细的研究。新兴研究已经确定了线粒体的多方面作用，不仅是细胞的“生物能量源”，也是细胞的“生物合成枢纽”（45）。例如，柠檬酸线粒体为脂肪酸、胆固醇和酮体的合成提供碳 （46），这反过来又会影响表观遗传学。在该细胞系中，从柠檬酸线粒体合成的酮体通过 Tfam KO 小鼠中的组蛋白脱乙酰酶活性表观遗传调控红细胞基因 （47）。由于 TFAM 是线粒体基因组转录和复制的重要转录因子，因此 Mto1 KO 小鼠可能与 Tfam KO 小鼠在红系缺陷中具有一些相同的分子机制。Mto1 KO 细胞的代谢组分析显示氨基酸或核苷酸代谢的差异 （图 5C在图像查看器中打开），也存在于 Tfam KO 小鼠 （47） 中。然而，在这里，我们提出了一种分子机制，通过细胞内铁稳态的空间变化将原发性线粒体蛋白缺陷和红细胞缺陷联系起来。这种机制不一定特定于 Mto1 KO，但可以推广到其他线粒体呼吸链功能障碍模型，例如 Tfam KO （47） 和 Uqcrfs1 KO （48） 小鼠。将来研究铁在其他模型中的作用可能会很有趣。这种独特的分子机制可能提供更好的线粒体疾病病理生理学的理解，并通过在该研究领域提供以前未探索的观点来促进新疗法的开发。

在人类病例中，大多数 MTO1 基因突变患者患有代谢和心脏疾病，例如乳酸性酸中毒和肥厚型心肌病 （13， 49， 50）。一致地，我们之前报道了心脏特异性 Mto1 KO 小鼠在出生后不久死亡 （12），另一组还报告了由 Mto1 缺陷引起的心肌病 （51）。另一方面，到目前为止，只有一例报道了造血症状 （13）。这可能很难诊断那些具有 MTO1 基因突变的患者的贫血，因为他们由于严重的器官衰竭（如心血管和代谢疾病）而在生命中很早就死亡。尽管本研究对理解人类病例病理生理学的直接相关性目前有限，但我们的研究阐明了 Mto1 在造血中的重要作用，将来会发现更多病例。

总之，我们在这里以细胞内在方式确定了 mt-tRNA 牛磺酸修饰在红细胞生成中不可或缺的作用。从机制上讲，由 Mto1 缺陷引起的 OXPHOS 复合物缺陷导致铁血红素生物合成轴的改变，从而触发 UPR，随后损害红细胞增殖和分化。这种分子机制将有助于理解线粒体疾病的病理生理学。

材料和方法

数据库搜索

从 Expression Atlas、FANTOM5 project、Riken （www.ebi.ac.uk/gxa/home） 和 Bloodspot （www.fobinf.com/?dataset=nl_mouse_data） 检索不同发育阶段和造血谱系中的 Mto1 基因表达数据。