长链非编码RNA在小鼠胚胎造血干细胞发育中的表达谱及功能研究

Recent studies showed that hematopoietic stem cell (HSC) are derived from embryonic vascular endothelial cells in the mid-embryo, and the regulatory mechanism of HSC development becomes the research hotspot rightnow. Long non-coding RNAs are a diverse class of RNAs that engage in numerous biological processes across every branch of life, widly invovled in embryonic development and adult hematopoietic regulation. However, their roles in embryonic HSC development is still uncovered. Recently, using new surface markers, our research group first successfully isolated single HSC-competent cells in HSC development and identified their function and transcriptome (Accepted by Nature Article, co-first author). Based on this , combinating high-throughput RNA sequencing, we intend to further elucidate the lncRNA dynamic expression profiles and regulation function in embryonic HSC development, providing a systemic understanding of hematopoietic stem cell development and a new theoretical basis for in vitro HSC regeneration in clinical translational research.

新近研究表明造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）起源于胚胎中期的血管内皮细胞，其发生的分子调控机制则成为国际上的研究热点。长链非编码RNA（lncRNA）是一类调控多种生命过程的重要分子，可参与胚胎发育及成体造血的精细调节。然而，其在胚胎HSC发育中的作用尚无报道。近期我们利用全新的表面标志首次实现了HSC发育轴上多个类型细胞的单细胞高精度分离、功能验证及转录组测序（该工作已于近期被Nature杂志以Article的形式接受，共同第一作者）。基于以上重要突破，本项目拟进一步开展单细胞高通量RNA测序，深入阐明胚胎HSC发育过程中的lncRNA动态表达谱及调控功能，并初步阐述相关的分子机制。本研究有望为系统性认识HSC发育，并为其体外再生提供新的理论依据和实践手段。

小鼠胚胎发育早期，造血干细胞(HSC )主要起源于第10.5天的主动脉-性腺-中肾(AGM)区。研究发现，AGM区主动脉腹侧的一群特化的血管内皮细胞，可通过内皮-造血转化，历经HSC前体（pre-HSC），最终生成HSC。HSC发育过程中，pre-HSC和HSC等关键细胞数量稀少，时间窗短，且缺乏特异性表面标志，对其精确调控机制研究异常困难。迄今为止，非编码RNA在HSC发育中的动态表达全貌和生理功能仍不清楚。深入分析HSC发育全程的单细胞转录组数据（Nature，2016），我们在国际上首次描绘出小鼠胚胎HSC发育全程的单细胞长链非编码RNA（lncRNA）的动态表达图谱，并鉴定到一系列全新未注释的lncRNA分子。深入分析发现lncRNA相较于蛋白编码基因能更好区分不同时空HSC相关的异质性群体。后续严格的生物信息学分析筛选获得一组潜在的功能性lncRNA，并通过体外功能实验发现6个可能在胚胎造血发育中发挥作用的lncRNA。利用条件基因敲除研究策略，着重阐明了H19对于AGM区HSC发生的重要作用。H19的缺失使得重要造血转录因子（包括Runx1及Spi1等）的启动子区域高甲基化并下调其表达，以致血管内皮细胞向pre-HSC的转化阻滞。该研究以“Combined Single-Cell Profiling of lncRNAs and Functional Screening Reveals H19 is Pivotal for Embryonic Hematopoietic Stem Cell Development“为题发表在Cell Stem Cell杂志上，将为造血干细胞发育和再生机制研究提供重要的数据库和参考。