揭示骨髓细胞的秘密和它们如何分化

阿拉巴马州伯明翰——骨髓含有生物工厂，每天产生数十亿个新血细胞。维持这种生产的非血细胞也可能产生骨骼、脂肪和软骨。这种输出都是从干细胞开始的，干细胞可以分化成各种类型的细胞。

知道控制这种分化的基因和细胞采取最终分化形式的方式是一个重要的生物学问题，因为这一过程的紊乱与病理有关——如肥胖、骨质疏松、癌症、牙齿脱落和衰老。了解调节细胞分化的机制可以提高对这些疾病发病机制的理解，并最终导致新的治疗方法。但这种搜索具有挑战性，因为骨髓是小细胞中细胞的复杂混合物，它有很大程度上未知的相互作用和关系。

由伯明翰阿拉巴马大学血液学和肿瘤学助理教授Robert Welner博士领导的这项研究，现在已经绘制了不同的骨髓小生境及其骨髓工厂的分化途径，从间充质基质细胞到三种类型的细胞——脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞。这些细胞分别被称为脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞。这个非造血细胞系统不同于骨髓中的另一条生产线——造血系统——可以产生红细胞、凝血细胞和免疫系统细胞。

哈佛医学院和贝斯女执事医疗中心的UAB、威尔纳和他的同事在《细胞报告》上发表了他们的研究结果。他们的主要研究工具是单细胞RNA测序，它可以识别来自非造血系统的2847个个体骨髓细胞中基因的mRNA转录物。通过对这些RNA进行测序，研究人员可以区分哪些基因在分化途径的不同步骤中被打开或关闭。

“生成的单细胞RNA测序基因表达谱可以实时描述骨髓微环境中与命运选择相关的动态过程，”威尔纳说，他也是UAB奥尼尔综合癌症中心的副研究员。“我们的研究为更好地了解调节骨髓微环境中细胞分化的转录网络提供了前景。”

一个重大发现是，它起始于间充质干细胞或间充质干细胞，终止于前脂肪细胞、前成骨细胞和软骨细胞。在一个简单的分支和分化层次中详细描述了三种不同的途径。总之，他们在两条分支路径中发现了七种不同的细胞状态。一个分支是MSC到脂肪祖细胞到前脂肪细胞。另一种是从MSCs到成骨细胞/软骨细胞祖细胞再到成骨细胞/软骨细胞，最后分裂成成骨细胞或软骨细胞。

对于这些独特的亚群中的每一个，他们已经确定了基因特征，并证明了几种转录因子-基因控制蛋白改变从DNA到mRNA的转录速率-如何影响特定骨髓谱系的命运决定。研究人员创建的数据集和他们使用的分析工具是公开的，可以用作未来基质细胞分化研究的资源。

韦尔纳说，研究中的一个重要控制因子应该用于所有的单细胞RNA测序研究，而且是验证性研究。其中包括标记命运的记者和先前报道的控制骨骼和脂肪分化的转录因子的敲除。这些敲除研究使研究人员能够通过对单细胞RNA进行测序来确定他们在细胞培养物中的谱系分化潜力。韦尔纳和他的同事们的验证研究都支持单细胞RNA测序的结果。

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