Mitochondrial serine catabolism safeguards maintenance of the hematopoietic stem cell pool in homeostasis and injury

丝氨酸羟甲基转移酶 生物 干细胞 造血 分解代谢 细胞生物学 丝氨酸 线粒体 新陈代谢 生物化学 磷酸化
作者
Changhong Du,Chaonan Liu,Kuan Yu,Shuzhen Zhang,Zeyu Fu,Xinliang Chen,Weinian Liao,Jun Chen,Yimin Zhang,Xinmiao Wang,Mo Chen,Fang Chen,Mingqiang Shen,Cheng Wang,Shilei Chen,Song Wang,Junping Wang
出处
期刊:Cell Stem Cell [Elsevier]
卷期号:31 (10): 1484-1500.e9
标识
DOI:10.1016/j.stem.2024.07.009
摘要

Hematopoietic stem cells (HSCs) employ a very unique metabolic pattern to maintain themselves, while the spectrum of their metabolic adaptations remains incompletely understood. Here, we uncover a distinct and heterogeneous serine metabolism within HSCs and identify mouse HSCs as a serine auxotroph whose maintenance relies on exogenous serine and the ensuing mitochondrial serine catabolism driven by the hydroxymethyltransferase 2 (SHMT2)-methylene-tetrahydrofolate dehydrogenase 2 (MTHFD2) axis. Mitochondrial serine catabolism primarily feeds NAD(P)H generation to maintain redox balance and thereby diminishes ferroptosis susceptibility of HSCs. Dietary serine deficiency, or genetic or pharmacological inhibition of the SHMT2-MTHFD2 axis, increases ferroptosis susceptibility of HSCs, leading to impaired maintenance of the HSC pool. Moreover, exogenous serine protects HSCs from irradiation-induced myelosuppressive injury by fueling mitochondrial serine catabolism to mitigate ferroptosis. These findings reframe the canonical view of serine from a nonessential amino acid to an essential niche metabolite for HSC pool maintenance.
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