利用转录组学和功能分析研究Neurl3对小鼠胚内外造血系统发育的标记作用

造血干细胞对于维持整个机体血液系统的稳态和生命的存活都发挥着不可替代的作用。目前对于造血干细胞的起源已有较为清晰的认识,在胚胎发育期的主动脉-性腺-中肾区中存在一群特化的内皮细胞群体,即生血内皮细胞,这群生血内皮细胞经过内皮-造血转化过程获得造血命运,逐渐丢失内皮形态并转变为有自我更新能力和多系分化潜能的成熟造血干细胞。在最近的一项研究中,我们通过对单细胞转录组测序数据的非偏筛选得到造血干细胞生血内皮的标签基因之一Neurl3,并构建了Neurl3~(EGFP)基因敲入荧光报告小鼠模型,证明Neurl3-EGFP可以标记并且高度富集靶向造血干细胞的生血内皮细胞,但是对于Neurl3-EGFP是否能同样标记以及富集包括造血干细胞在内的其他造血群体尚不清楚。在造血干细胞生成之前,卵黄囊作为最重要的生血位点生成了包括红系-髓系祖细胞和淋系祖细胞在内的多种造血祖细胞,这些造血干细胞非依赖的造血祖细胞作为胚胎出生前的主要造血细胞群体,对维持胚胎的正常发育和存活作出了主要贡献。这些造血祖细胞也是由卵黄囊中Runx1~+Kit~(lo)的扁平状生血内皮细胞经过内皮造血转化而来,与胚内的生血内皮细胞相比,我们对卵黄囊生血内皮细胞的富集标志、分子特征和组织学定位的认识仍然还不够清晰。卵黄囊中有淋系生成潜能的生血内皮细胞是否更多富集在动脉血管内皮中尚有争议,这也限制了我们对卵黄囊生血过程的深度理解。在本研究中,通过结合单细胞RNA测序数据分析和流式分析,我们揭示了Neurl3-EGFP不仅能标记胚内的生血内皮细胞群体,还能标记造血干细胞前体,并对胚胎期和成体期的造血干细胞也有很好的富集作用,但是敲除Neurl3并不影响造血干细胞的发育和生成。我们还整合分析了多个单细胞转录组测序数据集并结合多种体外孵育功能实验,发现Neurl3-EGFP还是卵黄囊生血内皮群体的单基因富集标志,能够富集包括髓系、淋系和造血祖细胞在内的卵黄囊内皮细胞所有的生血潜能。此外,我们还通过转录组分析发现,尽管卵黄囊的生血内皮细胞群体与卵黄囊动脉内皮细胞群体或胚内主动脉区的生血内皮细胞群体相比表现出更弱的动脉特征,但是仍能无偏颇的被分为动静脉特征迥异的两个亚群,且动脉特征更强的亚群富集了更多与淋系发育相关的生物学条目。为了在功能上对转录组分析的结果进行验证,我们还引入了能标记动脉血管内皮细胞的Unc5b~(td Toamto)荧光报告小鼠模型,通过体外孵育的功能实验,我们证实了卵黄囊的生血内皮细胞群体具有异质性,且有动脉特征的亚群更能富集淋系潜能。值得注意的是,与胚内主动脉和胚外卵黄囊的生血潜能在内皮阶段主要富集在Neurl3-EGMK-2206配制FP~+的群体所不同的是,卵黄囊的淋系潜能在造血祖细胞阶段却丢失了Neurl3的表达,即淋系潜能主要富集在Neurl3-EGFP~-的卵黄囊造血祖细胞群体中。此外,通过流式检测生理状态下的胎肝和成体骨髓中B细胞群体以及体外孵育产物B细胞群体中Neurl3-EGFP的表达,结合生物信息学分析胎肝、成体骨髓以及成体周血中B细胞相关群体的Neurl3表达水平,我们解析了Neurl3在胚胎期和成体期B细胞分化和成熟过程中的动态表达模式。综上所述,在前期对胚内主动脉-性腺-中肾区的生血selleck合成内皮细胞群体高效富集的基础上,我们通过Neurl3-EGFP进一步富集了胚外卵黄囊的生血内皮细胞群体并对其淋系潜能偏向的异质性做出了深入的解析,B细胞在胚胎期和成体期发育的不同也为我们进一步了解淋系的生成过程提供了线索。这些发现深化了Chemical-defined medium我们对造血发育,尤其是卵黄囊造血过程的认识,也为更深入解析造血发育事件提供了一个备选的模型小鼠。