体内外单细胞转录组比较分析造血干细胞生成的调控网络

In vitro differentiation of embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cell (iPSCs) into hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) will be of great value in scientific research and productive practice. However, it is not able to obtain hematopoietic stem cell (HSC) in vitro to date during to the limited understanding in early hematopoietic process. For this reason, we analyzed the in vivo definitive hematopoiesis single cell sequencing data, found that specific signaling pathway would be activated in different stages, and the cytokines needed in in vitro differentiation system only partly mimic this process. Therefore, comparing the in vivo and in vitro HSC formation process can promote our understanding of hematopoiesis. In this project, the single cell transcriptome data acquired in vitro will be compared with available in vivo data using signal network analysis technique. After analyzing the activation status and intensity of the signaling pathway at different cell stages, we continue to construct the regulation model among pathways during differentiation, and meanwhile identify the alter between in vivo and in vitro. The key regulatory genes will also be determined afterward. This study is expected to provide important information either for the understanding of HSC formation or for the improvement of in vitro differentiation system.

从胚胎干细胞或者诱导性多能干细胞体外分化得到造血干/祖细胞，在科研与实践上均具有重大价值。但由于对早期造血干细胞生成过程了解不足，至今还无法通过体外分化得到完整功能的造血干细胞。为此，我们对体内定向造血单细胞测序数据进行分析，发现在不同阶段特定的信号通路被激活，而体外分化系统添加的细胞因子仅部分模拟了这一过程。因此，比较体内/体外造血干细胞形成过程能促进我们对造血发育的理解。本项目将测序体外分化的内皮细胞、生血内皮细胞及造血前体细胞单细胞转录组数据，并结合已有的体内数据，通过信号网络分析技术对两者进行比较。在分析获得不同阶段细胞的信号通路开启/关闭情况及活化程度后，我们将进一步构建分化过程的信号通路调控模型，确定调控关系发生改变的通路。在此基础上，我们进一步确定其中的关键调控基因。本研究预期能为系统理解造血干细胞生成、改进体外造血分化系统提供重要的参考信息。

从胚胎干细胞或者诱导性多能干细胞体外分化得到造血干/祖细胞，在科研与实践上均具有重大价值。但由于对早期造血干细胞生成过程了解不足，至今还无法通过体外分化得到完整功能的造血干细胞。本研究拟通过比较体内/体外单细胞转录组数据，构建转录调控网络，阐明内皮-造血转换的调控特征。结合EHT单细胞和bulk细胞转录组数据，我们在造血-内皮转换机制方面取得了多项重要结果：1）小鼠E10与E11天的EHT调控网络展现了从内皮为主到造血为主的调控变化，并且通过构建EHT布尔调控网络进一步揭示了转录因子的上下游调控关系；2）揭示了EHT过程存在一个关键转变状态，并通过模拟和实验验证了转录因子Spi1和Cebpb在跨越关键转变状态的重要作用；3）转录因子可能通过炎性因子信号调控EHT的发生发展；4）primitive和definitive造血可能使用相似的核心转录调控机制，primitive可能也经历了EHT过程（正在进行细胞示踪实验进一步验证）。我们将继续详细研究EHT在不同造血阶段的作用、调控机制及关键调控因子，相信我们的研究将促进内皮-造血转换分子机理的更深入的理解，也将推动体外系统更有效地进行造血分化。