揭示骨髓细胞的秘密以及它们如何分化

阿拉巴马州BIRMINGHAM - 骨髓含有生物工厂，每天抽出数十亿新血细胞。维持这种生产的非血细胞也有可能产生骨骼，脂肪和软骨。这一输出全部从干细胞开始，干细胞能够分化成各种类型的细胞。

了解控制这种分化的基因以及细胞采取最终分化形式的途径是一个重要的生物学问题，因为这一过程的失调与病理有关 - 如肥胖，骨质疏松症，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的发病机制的理解，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复杂的细胞混合物，并且具有很大程度上未知的相互作用和关系。

阿拉巴马大学伯明翰分校血液学和肿瘤学助理教授Robert Welner博士领导的研究现在已经为骨髓工厂绘制了不同的骨髓生态位及其分化途径，从间充质基质细胞和结束了三种类型的细胞 - 脂肪细胞，制骨细胞和软骨细胞。这些细胞分别称为脂肪细胞，成骨细胞和软骨细胞。这种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，血液凝固细胞和免疫系统细胞。

UAB，哈佛医学院和波士顿Beth Deaconess医疗中心的Welner及其同事在Cell Reports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，其鉴定来自非造血系统的2,847个个体骨髓细胞中的基因的mRNA转录物。通过对这些RNA进行测序，研究人员可以分辨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与骨髓微环境中命运选择相关的动态过程，”Welner说，他也是UAB奥尼尔综合癌症中心的副科学家。 。“我们的研究为更好地理解调节骨髓微环境细胞分化的转录网络提供了一个前景。”

一个主要发现是从间充质干细胞或间充质干细胞开始，以前脂肪细胞，前成骨细胞和软骨细胞结束，在简单的分支分化层次中对三种不同途径进行详细表征。总之，他们在两个分支途径中鉴定了七种不同的细胞状态。一个分支是MSC到脂肪细胞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，他们都确定了基因特征，并且他们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及其使用的分析工具是公开的，可作为研究基质细胞分化的未来研究的资源。

Welner说，研究中的一个重要控制因素是在所有单细胞RNA测序研究中应该使用的，是验证研究。这些包括命运标记的记者和先前报道的控制骨和脂肪分化的转录因子的敲低。这些敲除研究使研究人员能够通过单细胞RNA测序分析细胞培养物中鉴定其谱系的分化潜力。Welner及其同事的验证研究均支持其单细胞RNA测序的结果。