小鼠胚胎头部造血发育的微环境调控研究

Recent evidences support that hematopoietic stem cells (HSCs) are derived from embryonic vascular endothelial cells. In addition to classic embryonic hematopoietic site, the aorta-gonad-mesonephros region (AGM region), we have detected the HSC potential and fate in the embryonic head. Noticeably, abundant none-hematopoietic cells (such as mesenchymal cells) exist in the circulating blood at the key time points of initial HSC emergence, implying the mobility of microenvironment components among different tissues. Therefore, once blood circulation is established, it is quite difficult to investigate the regulatory potential and characteristics of hemogenic microenvironment in situ. Based on non-heartbeat (Ncx1-/- ) mouse embryos, this study will take the advantage to avoid migration of microenvironment cells through blood circulation among different sites. Firstly, a number of stromal cell lines in situ from Ncx1-/- mouse embryonic tissues will be established. Secondly, we will examine whether these stromal cells have the capacity to induce the HSC generation from vascular endothelial cells by co-culture or co-aggregation strategy. Finally, by testing functions of inducing embryonic endothelial-to-hematopoietic transition in vivo or in vitro, underlying molecules regulating vascular endothelial cells to HSCs transition will be selected by comparative gene expression of representative stromal cells. Taken together, this study will provide new knowledge and ways for improving hematopoietic regeneration.

新近的发育学研究表明造血干细胞由血管内皮细胞转化形成。除经典造血发育位点AGM区，我们近期发现胚胎头部细胞亦具有造血干细胞潜能和命运。在关键的造血干细胞发育时间点，循环血中存在大量非造血细胞（如间充质细胞），提示微环境细胞可在组织间迁移。因此，血液循环一旦建立，很难研究造血发育位点特有的原位微环境的造血调控潜能和特点。本研究主要基于无心跳的Ncx1-/-小鼠胚胎开展工作，其优势在于可避免微环境细胞经血液循环在不同位点间的迁移。首先拟建立Ncx1-/-胚胎不同造血组织来源的多个基质细胞系，继而利用共聚团或共培养方法考察它们对不同造血位点内皮细胞定向造血干细胞转化的诱导作用，最后选择若干代表性基质细胞检测基因表达差异，并通过体内外功能实验筛选出调控内皮细胞-造血干细胞转化的基质相关基因。该研究有望为造血干细胞的再生提供新认识和新方法。

造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人类在内的哺乳动物体内所有血液细胞的干细胞，单个造血干细胞移植可在体内终生产生所有类型的血液细胞，因而对血液系统功能的长期维持和稳定起关键作用。作为干细胞生物学最有代表性的细胞类型，造血干细胞的研究一直广受关注。我们的研究主要基于无心跳的Ncx1-/-小鼠胚胎开展工作。首先，我们建立了Ncx1-/-胚胎不同造血组织来源的多个基质细胞系，并建立了高效的单细胞分选、孵育诱导及移植体系。然后，针对HSC发育过程中的具有代表性的5类细胞（血管内皮细胞，I型和II型造血干细胞前体，胚胎12天和胚胎14天的造血干细胞）进行单细胞转录组高通量测序，首次揭示了造血干细胞前体在转录活性、动静脉基因表达、代谢状态、信号通路和转录因子网络等方面的核心特征。并且我们通过与更多细胞类群的单细胞转录组测序数据的深入对比分析，发掘出了造血干细胞前体特异表达的98个核心基因。该部分工作发表在2016年的Nature杂志上。