小鼠胚胎头部造血干细胞发育微环境细胞的转录基因图谱分析

In addition to classic hematopoietic site, the embryonic aorta-gonad-mesonephros region (AGM region), our long-term transplantation and lineage tracing data shows that embryonic head is the new site for hematopoietic stem cell(HSC) development, which are from embryonic cerebralvasculature endothelial cells. However, the niche regulating HSC development in the embryonic head is not well-known. In this study, this mouse model (CD201-Cre;RosaRFP;Ly6aGFP) will be used to enrich embryonic HSCs highly. The expression of fluorescence(RFP and/or GFP) in distinct cell fractions (endothelial cells, pre-HSCs, HSCs, mesenchymal cells) of embryonic head will be characterized by flow cytometry analysis and the HSC activity of different cell fractions will be examined by (direct or after co-culture) long-term transplantation. Furthermore, we will characterize the transcriptomic profile in the different populations of embryonic head through single cell RNA Sequencing to find the candidate genes/molecues of regulating HSCs. Mass cytometry analysis will be able to confirm the protein level of candidate genes/molecules. Finally, we will observe the HSC functions in the embryonic head and AGM region of the mouse model with the candidate genes/molecules deletion from germline or in specific cells in order to find the key genes/molecules for HSC development. Together, this study is expected to provide a new key molecule for HSC generation, thereby improving the efficiency of HSC regeneration.

除经典造血位点AGM区，我们近期通过长期移植、谱系示踪等手段证实小鼠胚胎头部是造血干细胞发育的新位点，这些造血干细胞来源于胚胎头部的内皮细胞。然而我们对头部造血干细胞发育调控的微环境知之甚少。本研究拟应用经典的，能高效富集胚胎造血干细胞的双荧光标记的转基因小鼠模型（CD201-Cre;RosaRFP;Ly6aGFP）,利用流式细胞术鉴定不同细胞群（内皮细胞群，造血干细胞前体，造血干细胞，间质细胞等）的两种荧光信号的表达特征，通过（直接或共培养后）长期移植，考察特定细胞群的造血干细胞活性。进而，应用单细胞转录组测序技术和质谱流式细胞术在转录组水平和蛋白水平考察胚胎头部不同细胞群的表达特征，从而筛选出胚胎头部造血干细胞发育的调控关键候选分子，最后验证该分子对不同位点造血干细胞发育的调控功能差异，找出位点特异性调控分子。该研究有望为造血干细胞的再生提供新的关键分子，从而提高造血干细胞再生的效率。

造血干细胞 （hematopoietic stem cell）处于造血细胞谱系的顶端，具有多系分化和自我更新能力以贡献生命体所需的血液细胞。传统观点认为，第一个造血干细胞产生于胚胎的主动脉-性腺-中肾（aorta-gonad-mesonephros，AGM）区。而我们前期研究，通过长期移植、谱系示踪等手段证实小鼠胚胎头部是造血干细胞发育的新位点，这些造血干细胞来源于胚胎头部的内皮细胞。然而我们对不同位点造血干细胞发育调控因素尤其是胚胎头部造血发育的微环境尚未完全了解。首先，我们利用单细胞测序技术获得造血组织的全细胞转录图谱，并分析提示小胶质细胞可能参与了造血发育过程的调控。随后，我们发现卵黄囊来源的小胶质细胞通过趋化因子配受体来调控头部造血祖细胞的发育，小胶质细胞调控胚胎头部造血干细胞的发育。此外，小胶质细胞来源的促炎性因子促进胚胎头部内皮细胞的生血潜能进而影响其造血活性。其次，利用转基因敲除模型，结合经典造血发育的研究手段，我们发现Wip1参与调控胚胎肝脏造血干细胞的功能及谱系分化。同时，基于体外共培养和移植技术，我们发现Wip1参与调控胚胎AGM区造血干细胞前体的细胞周期，进而影响造血干细胞的活性。以上研究结果提示胚胎头部造血微环境的特殊性，有望为造血发育调控提供独特的调控信号，促进造血干细胞的体外再生。