清華新聞網(wǎng)6月8日電 造血干祖細(xì)胞（hematopoietic stem progenitor cell,HSPC）存在于成體骨髓內(nèi)，具有長(zhǎng)期自我更新能力，同時(shí)能夠分化為所有類(lèi)型的血細(xì)胞和免疫細(xì)胞，因此在疾病治療上具有重要的價(jià)值。人類(lèi)胚胎HSPC發(fā)生過(guò)程的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜研究顯示了獨(dú)特的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，但是受材料和技術(shù)的限制，人胚胎HSPC發(fā)育過(guò)程中的染色質(zhì)開(kāi)放狀態(tài)、重要組蛋白修飾的表觀(guān)遺傳圖譜及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制仍未被揭示。人多能干細(xì)胞（human pluripotent stem cell, hPSC）向造血祖細(xì)胞（hematopoietic progenitor cell,HPC）分化的體系為探究HSPC生成過(guò)程中的表觀(guān)遺傳調(diào)控提供了可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的平臺(tái)。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔副教授課題組長(zhǎng)期從事hPSC向心血管和造血譜系體外分化的研究。6月6日，該課題組在《自然?通訊》（Nature Communications）期刊上發(fā)表了題為“染色質(zhì)動(dòng)態(tài)變化和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示了轉(zhuǎn)錄因子JUNB在造血祖細(xì)胞生成過(guò)程中的必要作用?（Integrative epigenomic and transcriptomic analysis reveals the requirement of JUNB for hematopoietic fate induction）的文章。
圖1. HPC體外分化過(guò)程中的基因表達(dá)調(diào)控研究
研究人員利用hPSC向HPC分階段分化體系，純化了血管中胚層(vascular mesoderm cells, VME)，內(nèi)皮前體細(xì)胞(endothelial progenitor cell, EPC)和造血祖細(xì)胞(HPC)，分別獲得了各分化階段的轉(zhuǎn)錄組、開(kāi)放染色質(zhì)、H3K4me3和H3K27me3組蛋白修飾的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，研究人員根據(jù)開(kāi)放染色質(zhì)圖譜推斷了各階段可能行使功能的轉(zhuǎn)錄因子，揭示了組蛋白二價(jià)修飾(bivalent)的動(dòng)態(tài)變化以及標(biāo)志性基因的表觀(guān)遺傳修飾模式。
HSPC來(lái)自一群特殊的內(nèi)皮細(xì)胞-生血內(nèi)皮細(xì)胞（hemogenic endothelial cell, HEC）。HEC的特性直接影響HSPC的生成效率和是否具有移植重建能力。研究者采用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)開(kāi)放檢測(cè)技術(shù)，鑒定了體外分化產(chǎn)生的HEC群體，并將其與體內(nèi)發(fā)育的HEC進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組差異比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，體外生成的HEC雖具有較強(qiáng)的增殖能力，但其動(dòng)脈內(nèi)皮基因表達(dá)明顯不足。而HEC的動(dòng)脈內(nèi)皮特征對(duì)HSPC的生成和功能具有關(guān)鍵作用，因此，在體外分化體系中，增強(qiáng)HEC的動(dòng)脈內(nèi)皮特征可能有助于提高HPC的分化潛能。
之后，基于A(yíng)TAC-seq轉(zhuǎn)錄因子富集分析和組蛋白修飾動(dòng)態(tài)變化的結(jié)果，研究者發(fā)現(xiàn)在hPSC向HPC分化過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄因子JUNB的基因表達(dá)動(dòng)態(tài)變化以及在基因組上的結(jié)合特征與調(diào)控因子MYB和RUNX1等重要造血調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子類(lèi)似。研究者采用JUNB基因敲除的hPSC分化HPC，發(fā)現(xiàn)JUNB基因的缺失顯著抑制了HEC和HPC的生成，JUNB因子回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了轉(zhuǎn)錄因子JUNB在HPC分化過(guò)程中的重要作用。從機(jī)制上講，轉(zhuǎn)錄因子JUNB的存在使得調(diào)控因子ERG、GATA2和RUNX1等造血譜系相關(guān)因子的染色質(zhì)呈現(xiàn)開(kāi)放狀態(tài)，促進(jìn)HEC的特化和向HPC的轉(zhuǎn)變；另外，JUNB因子可以直接結(jié)合調(diào)控因子RUNX1和CD44等內(nèi)皮-造血轉(zhuǎn)變（endothelial-to-hematopoietic transition, EHT）基因的啟動(dòng)子區(qū)域，調(diào)控基因表達(dá)和EHT過(guò)程的發(fā)生。因而轉(zhuǎn)錄因子JUNB是hPSC分化HPC過(guò)程中的一個(gè)必要因子。
這項(xiàng)研究揭示了人類(lèi)HPC分化過(guò)程中的表觀(guān)遺傳調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了HEC和HPC生成過(guò)程中新的調(diào)控因子JUNB。同時(shí)，體內(nèi)外HEC群體單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組對(duì)比分析為在體外更高效地獲取高質(zhì)量的HPC提供了重要的線(xiàn)索。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔副教授為該論文通訊作者。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后陳霞、醫(yī)學(xué)院2019級(jí)博士生王佩亮和生命學(xué)院2016級(jí)博士生邱輝為本文共同第一作者。本研究獲得國(guó)家干細(xì)胞及轉(zhuǎn)化研究重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)春風(fēng)基金、清華-北京大學(xué)聯(lián)合生命科學(xué)中心的大力支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30789-4
供稿：醫(yī)學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
