揭示骨髓細胞的秘密以及它們如何分化

阿拉巴馬州BIRMINGHAM - 骨髓含有生物工廠，每天抽出數十億新血細胞。維持這種生產的非血細胞也有可能產生骨骼，脂肪和軟骨。這一輸出全部從干細胞開始，干細胞能夠分化成各種類型的細胞。

了解控制這種分化的基因以及細胞采取最終分化形式的途徑是一個重要的生物學問題，因為這一過程的失調與病理有關 - 如肥胖，骨質疏松癥，癌癥，牙齒脫落和衰老。了解調節(jié)細胞分化的機制可以提高對這些疾病的發(fā)病機制的理解，并最終導致新的治療方法。但這種搜索具有挑戰(zhàn)性，因為骨髓是小細胞中復雜的細胞混合物，并且具有很大程度上未知的相互作用和關系。

阿拉巴馬大學伯明翰分校血液學和腫瘤學助理教授Robert Welner博士領導的研究現在已經為骨髓工廠繪制了不同的骨髓生態(tài)位及其分化途徑，從間充質基質細胞和結束了三種類型的細胞 - 脂肪細胞，制骨細胞和軟骨細胞。這些細胞分別稱為脂肪細胞，成骨細胞和軟骨細胞。這種非造血細胞系統(tǒng)不同于骨髓中的另一條生產線 - 造血系統(tǒng) - 可以產生紅細胞，血液凝固細胞和免疫系統(tǒng)細胞。

UAB，哈佛醫(yī)學院和波士頓Beth Deaconess醫(yī)療中心的Welner及其同事在Cell Reports上發(fā)表了他們的研究結果。他們的主要研究工具是單細胞RNA測序，其鑒定來自非造血系統(tǒng)的2,847個個體骨髓細胞中的基因的mRNA轉錄物。通過對這些RNA進行測序，研究人員可以分辨哪些基因在分化途徑的不同步驟中被打開或關閉。

“生成的單細胞RNA測序基因表達譜可以實時描述與骨髓微環(huán)境中命運選擇相關的動態(tài)過程，”Welner說，他也是UAB奧尼爾綜合癌癥中心的副科學家。 。“我們的研究為更好地理解調節(jié)骨髓微環(huán)境細胞分化的轉錄網絡提供了一個前景。”

一個主要發(fā)現是從間充質干細胞或間充質干細胞開始，以前脂肪細胞，前成骨細胞和軟骨細胞結束，在簡單的分支分化層次中對三種不同途徑進行詳細表征。總之，他們在兩個分支途徑中鑒定了七種不同的細胞狀態(tài)。一個分支是MSC到脂肪細胞祖細胞到前脂肪細胞。另一種是從MSCs到成骨細胞/軟骨細胞祖細胞到成骨細胞/軟骨細胞，最后分裂成成骨細胞或軟骨細胞。

對于這些獨特的亞群中的每一個，他們都確定了基因特征，并且他們證明了幾種轉錄因子 - 基因控制蛋白改變從DNA到mRNA的轉錄速率 - 如何影響特定骨髓譜系的命運決定。研究人員創(chuàng)建的數據集及其使用的分析工具是公開的，可作為研究基質細胞分化的未來研究的資源。

Welner說，研究中的一個重要控制因素是在所有單細胞RNA測序研究中應該使用的，是驗證研究。這些包括命運標記的記者和先前報道的控制骨和脂肪分化的轉錄因子的敲低。這些敲除研究使研究人員能夠通過單細胞RNA測序分析細胞培養(yǎng)物中鑒定其譜系的分化潛力。Welner及其同事的驗證研究均支持其單細胞RNA測序的結果。