深圳子科生物報(bào)道：血液系統(tǒng)中貯藏著一種具有自我更新、分化成各種血細(xì)胞潛能的成體干細(xì)胞，稱為造血干細(xì)胞，它能夠維持機(jī)體長久造血和組織穩(wěn)態(tài)。造血干細(xì)胞移植是惡性血癌的有效治療手段，但干細(xì)胞來源不足成為限制該治療廣泛應(yīng)用的瓶頸。因此，造血干細(xì)胞的發(fā)育，尤其是造血干細(xì)胞擴(kuò)增的研究備受關(guān)注。然而，現(xiàn)在的研究主要集中在特定細(xì)胞群體或關(guān)鍵因子的“線性化”或“平面化”解析，缺乏全面“立體化”的分析。從系統(tǒng)生物學(xué)角度解析擴(kuò)增性造血器官，將為造血干細(xì)胞擴(kuò)增的機(jī)制研究提供更多的啟示。

鑒于造血發(fā)育過程的高度保守性，中國科學(xué)院動物研究所劉峰研究組及合作者以斑馬魚尾部造血組織（在功能上類似于哺乳動物的胎肝，為造血干細(xì)胞擴(kuò)增及分化提供了特定的微環(huán)境）為研究對象，利用多重轉(zhuǎn)錄組測序的方法，繪制了擴(kuò)增性造血器官的3D轉(zhuǎn)錄組圖譜，闡釋了造血干細(xì)胞和微環(huán)境細(xì)胞之間的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

首先，為了系統(tǒng)性地研究斑馬魚尾部造血組織如何支持造血干細(xì)胞擴(kuò)增、分化的機(jī)制，劉峰實(shí)驗(yàn)室利用三種轉(zhuǎn)錄組測序方法，特定類型群體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，詳細(xì)解析了斑馬魚尾部造血組織的時(shí)空特性。不同發(fā)育時(shí)期特定細(xì)胞群體的轉(zhuǎn)錄組測序分析表明，造血干細(xì)胞與相應(yīng)微環(huán)境細(xì)胞具有協(xié)同發(fā)育和共享基因表達(dá)的特點(diǎn)。

空間轉(zhuǎn)錄組測序反映細(xì)胞位置信息，揭示了多種微環(huán)境因素對造血干細(xì)胞的不同調(diào)控方式，并實(shí)現(xiàn)了三維轉(zhuǎn)錄組重構(gòu)斑馬魚造血器官。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)更精細(xì)闡釋尾部造血組織細(xì)胞類群、細(xì)胞特征及細(xì)胞間分子調(diào)控，并發(fā)現(xiàn)造血干祖細(xì)胞分化和細(xì)胞周期存在一定的關(guān)聯(lián)性。多重轉(zhuǎn)錄組測序綜合分析揭示了造血干細(xì)胞在尾部造血組織的擴(kuò)增受到內(nèi)源性和外源性信號的共同調(diào)控，鑒定了新的造血干細(xì)胞的標(biāo)記基因，發(fā)現(xiàn)了影響造血干細(xì)胞擴(kuò)增的信號通路，完善了造血干細(xì)胞-微環(huán)境細(xì)胞間分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。例如，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)維持蛋白smchd1，通過調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞增殖促進(jìn)其擴(kuò)增；微環(huán)境細(xì)胞來源的Integrin 信號通路負(fù)向調(diào)控造血干細(xì)胞擴(kuò)增。

同時(shí)此項(xiàng)工作還構(gòu)建了斑馬魚尾部造血組織多重轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫（http://www.picb.ac.cn/hanlab/ichtatlas/Home），可以檢索任何基因在造血組織的表達(dá)譜，包括基因表達(dá)的時(shí)間、細(xì)胞類型及相對空間位置。

該工作不僅發(fā)現(xiàn)了造血干細(xì)胞特征基因、細(xì)胞狀態(tài)與細(xì)胞分化的關(guān)系，闡釋了微環(huán)境和造血干細(xì)胞互作的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，更為血液系統(tǒng)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源；同時(shí)，也將為造血干細(xì)胞的體外擴(kuò)增和造血類器官的體外組裝提供理論指導(dǎo)。該研究論文“A 3D atlas of hematopoietic stem and progenitor cell expansion by multi-dimensional RNA-seq analysis”于4月30日在線發(fā)表于Cell Reports。

動物所博士研究生薛媛媛和中科院計(jì)算生物學(xué)研究所博士研究生劉登輝為文章共同第一作者，動物所研究員劉峰和計(jì)算生物學(xué)所研究員韓敬東為文章共同通訊作者。中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員景乃禾與中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦在空間轉(zhuǎn)錄組測序方面提供了大力支持。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和中科院器官重建與制造戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。

原文標(biāo)題：

A 3D atlas of hematopoietic stem and progenitor cell expansion by multi-dimensional RNA-seq analysis