文献解读丨单细胞水平揭示了斑马鱼造血干细
刘军连工作室 http://www.cgia.cn/news/chuangyi/1585967.html年4月，北京博奥晶典生物技术有限公司合作客户中科院动物所课题组在PNAS（IF：9.）发表了在斑马鱼中研究造血干细胞发育的文章“Asingle-cellresolutiondevelopmentalatlasofhematopoieticstemandprogenitorcellexpansioninzebrafish”，该研究描绘了扩增性造血组织的动态单细胞发育图谱，深入解析了造血干细胞扩增的细胞基础和分子机制。至此，博奥晶典单细胞平台已累计支持客户发表39篇高水平文章，累计影响因子.分，是目前国内利用10x平台支持发文最多、累计影响因子最高的公司。
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研究背景
造血干细胞具有自我更新和分化的特征，既可以维持其自身在造血组织中的恒定数量，同时又能向红系、粒系、巨核系和淋巴系等多种血细胞分化。在脊椎动物中，胚胎发生期间产生的最早确定的造血干细胞和祖细胞（HSPC）可以产生多种血液谱系并表现出自我更新的属性。为建立HSPC池，新生的HSPC将首先迁移到临时性的造血器官中，称为胎肝（Fetalliver，在哺乳动物中）或尾造血组织（Caudalhematopoietictissue，在斑马鱼中）。临床上，体外HSPC扩展是获得足够的可移植HSPC的可行方法，但在技术上仍然具有挑战性。因此，解码造血器官内HSPC扩展的复杂调控机制至关重要。斑马鱼造血干/祖细胞（Hematopoieticstem/progenitorcells，HSPCs）扩增和分化的重要场所是尾部造血组织（Caudalhematopoietictissue，CHT），这篇文章对造血干细胞扩增和分化的时间区段内，血管微环境的细胞复杂性、功能可塑性及动态协同发育过程做了更深一步的研究。研究思路
通过组织解离斑马鱼的尾部区域，酶解消化组织为单细胞悬液，通过流式分选富集目的细胞，对富集的细胞进行单细胞转录组测序分析。研究结论
01单细胞转录组测序解析斑马鱼尾部造血组织利用单细胞转录组测序技术，研究人员选取3个造血干细胞发育的重要时间点（55hpf，3.5dpf，4.5dpf）对斑马鱼尾部造血组织个细胞（包含造血干/祖细胞、内皮细胞及非内皮造血干/祖细胞）（图1）进行深入分析，共分为23个细胞群。图1单细胞转录组绘制斑马鱼的CHT发育图谱02发育中的CHT的细胞类型和基因表达动态变化接下来，该研究分析转录组图谱，以评估发育中的CHT的细胞类型动态和基因表达变化。从三个阶段细胞图谱的综合分析表明：大多数带注释的细胞簇重叠，但部分造血成分细胞动态改变。HSPC和HSPC衍生的HC（单核细胞2，巨噬细胞和红细胞1）的比例随时间增加，但红血球祖细胞衍生的HC（早期粒细胞，早期单核细胞1和红细胞2）随时间逐渐降低（图2），表明最终的HSPCs正在快速扩张和分化，而在发育中的CHT，早期的确定性造血正逐步被确定性的造血作用所取代。图2斑马鱼CHT发育过程中的细胞类型和参与的基因表达和对应的功能
03HSPC的异质性和微环境互作网络利用这些图谱，该研究表征了HSPC转录异质性（图3），研究人员鉴定出斑马鱼尾部造血组织不同分化倾向性的HSPCs和各谱系血细胞，建立了复杂有序的微环境细胞和HSPC的互作网络（图4）。图3HPSC的异质性
图4HSPC和微环境细胞互作分析其次，通过对CHT微环境成分的深入解析，研究人员发现CHT存在动态发育过程，即微环境细胞协同HSPCs发育，通过对斑马鱼尾部造血组织和人胎肝造血发育的进化分析，发现了造血干细胞在不同物种中的转录组特征存在异同，揭示了进化过程中保守的细胞组分和转录调控（图5），二者在进化上具有保守的细胞类群基因表达，而其差异性则体现在细胞类型组成和HSPC的转录组特征，即：斑马鱼的扩增性造血组织的HSPC更能适应温度变化，人胎肝中的HSPC具有更强的免疫特征。上述结果暗示了造血干细胞对环境的适性进化。
图5跨物种分析人和斑马鱼细胞类群基因表达
04Gpr促进了HSPC的扩展最后，为了进一步确定Gpr是否在CHT-HSPC发育中特定阶段发挥作用，当VDA衍生的HSPC在CHT中开始生长时，在2dpf后进行了gpr的热激诱导。WISH结果显示的过表达gpr在增强HSPC中的cmyb基因的表达，红细胞中的基因gata1和髓样细胞中基因pu.1，表明gpr正向调节在CHT的造血。考虑到斑马鱼VDA中的造血内皮（HE）/HSPC形成受gpr负调控，该研究团队在发生HSPC形成时以28hpf的热休克诱导进行gpr过表达，以验证其作用。WISH结果显示，在36hpf时，gpr的过表达降低了VDA中cmyb的表达（图6）。图6内皮细胞特异性因子Gpr对HSPCs在尾部造血组织的扩增是必要的结论与意义
在这项研究中，该研究团队将scRNA-seq与功能分析结合以解码发育中的CHT。该研究团队进一步分析了非造血生态位成分和HSPC之间的细胞相互作用，并鉴定到内皮细胞特异性因子Gpr，随后对其在促进HSPC扩展中的作用进行了实验验证。最后，该研究团队揭示了人类胎儿肝脏与斑马鱼CHT之间发育性造血的保守性和差异性，并为建立体外HSPC扩展的支持提供了有利的研究基础。参考文献
XiaJ,KangZ,XueY,etal.Asingle-cellresolutiondevelopmentalatlasofhematopoieticstemandprogenitorcellexpansioninzebrafish.ProcNatlAcadSciUSA.Apr6;(14):e2015748.博奥晶典科研服务史记
文案
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