单细胞尺度解析白血病下造血干/祖细胞及其微环境的变化规律及机制

The heterogeneity and fate mapping of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) have been well refined in the recent years due to the rapid development of single cell RNA sequence technology. The normal hematopoietic system and its microenvironment can be severely disturbed in disease such as in leukemia. The expansion of leukemia cells leads to severe dysfunction of HSPCs. Meanwhile, leukemia cells create a self-reinforcing leukemic niche. However, whether leukemia can reshape the heterogeneity and hierarchy of HSPCs and niche cells is still unclear. This is an important and clinically relevant question that deserves a thorough investigation. We have conducted a series of research in the past several years and obtained some mechanisms on how leukemia suppresses normal hematopoiesis. Based on our previous studies, we plan to conduct further investigation with the following research goals: (1) to document the alterations of heterogeneity and differentiation hierarchy of HSPCs and niche cells in leukemic BM and spleen; (2) to explore new HSPC regulation factors and their changes in leukemia; (3) to study the mechanisms on how leukemia suppresses normal HSPCs and niche cells. Based on the unique interactions and mechanisms among normal HSPCs, leukemic niches and leukemia cells, this application is aimed to study the alterations of HSPCs and niche cells under leukemia condition at single cell resolution and develop new strategies to improve the current therapies for leukemia.

随着单细胞测序技术的迅猛发展，其在造血领域的运用也日趋常规化。造血干/祖细胞异质性和分化谱系问题也得到了相应的阐释。当发生病态造血如白血病时，造血系统受到严重抑制，同时微环境受白血病的影响演变成利于白血病生长的环境。但白血病是否会重塑造血干/祖细胞的异质性和分化模式，以及是否会改变微环境细胞如间充质干细胞、内皮细胞的异质性，目前仍未报道。申请者在前期的工作中，对白血病下正常造血受抑的规律和部分机制上进行了研究。在此基础上，本项目拟开展以下新的研究：1）解析白血病下骨髓和脾脏造血干/祖细胞和微环境细胞的异质性变化并构建分化图谱；2）探索微环境细胞分泌的潜在造血调控因子及其在白血病中的变化；3）阐明白血病下正常造血干/祖细胞及微环境细胞功能变化的分子机制。以期通过上述3个方面的研究，从单细胞尺度解析白血病下造血干/祖细胞及其微环境的变化规律及机制，最终为白血病的治疗提供新的思路和策略。

研究背景：.随着单细胞测序技术的迅猛发展，其在造血领域的运用也日趋常规化。造血干/祖细胞异质性和分化谱系问题也得到了相应的阐释。当发生病态造血如白血病时，造血系统受到严重抑制，同时微环境受白血病的影响演变成利于白血病生长的环境。但白血病是否会重塑造血干/祖细胞的异质性和分化模式，以及是否会改变微环境细胞如间充质干细胞、内皮细胞的异质性，目前仍未报道。.主要研究内容：.1.解析白血病下骨髓和脾脏造血干/祖细胞和微环境细胞的异质性变化并构建分化图谱；.2.探索微环境细胞分泌的潜在造血调控因子及其在白血病中的变化.3.阐明白血病下正常造血干/祖细胞及微环境细胞功能变化的分子机制.重要结果及意义：.1.阐明了人胚骨髓中第一波HSC的定植时间点、分子特征及其与微环境细胞的相互作用，揭示了HSC在人胚骨髓中定植的机制；.2.利用单细胞转录组测序技术建立了小鼠稳态造血情况下造血细胞群的单细胞转录组图谱，并进一步利用该图谱和小鼠HSC移植模型追踪移植后早期（1周内）HSC的生物学行为变化；.3.首次全面描绘了造血谱系RNA编辑图谱并发现调控造血干细胞分化的关键RNA编辑事件；.4.开发了少量细胞染色质构象捕获技术（tagHi-C），并且发现了造血谱系分化过程中染色质区室结构的动态变化与基因表达以及对应细胞类型的功能有很强的相关性;.5.通过探索骨髓内皮细胞来源的细胞外小囊泡，揭示了A2-SEV通过与白血病细胞上LILRB2受体结合从而影响了白血病细胞功能及加速了白血病的进展；.6.发现一个新的在红系祖细胞中特异性高表达的lncRNA，并证实其在红系分化的不同阶段，通过不同的方式参与调节红系发育；.7.首次证明启动重编程因子可选择性杀灭白血病细胞，并阐明了重编程因子选择性清除白血病细胞的分子机制；.8.揭示了白血病骨髓和脾脏造血和微环境变化规律。