Red de conocimientos sobre prescripción popular - Cuidado de la salud en otoño - Interpretación de la literatura|La secuenciación de células individuales revela el origen de las primeras células madre de la columna vertebral de embriones humanos

Interpretación de la literatura|La secuenciación de células individuales revela el origen de las primeras células madre de la columna vertebral de embriones humanos

Para explorar la fuente de las primeras células madre de la columna vertebral de embriones humanos, la Universidad de Tongji, el Quinto Centro Médico del Hospital General del Ejército Popular de Liberación y el Instituto de Radiología de Beijing llevaron a cabo investigaciones relevantes, y los resultados correspondientes se publicaron en la revista Cell Research. Este estudio utilizó la secuenciación del transcriptoma unicelular del genoma 10x para mapear el desarrollo de yemas de extremidades, huesos largos y cráneos en embriones humanos tempranos. Combinando la verificación funcional in vitro e in vivo, descubrimos un grupo de células epicondíleas con autorrenovación y diferenciación. Las capacidades de las células progenitoras madre esqueléticas embrionarias (eSSPC) con potencial de cartílago y osteoblastos son de gran importancia para comprender mejor el mecanismo del desarrollo óseo humano y la reparación de lesiones.

A continuación, te llevaré a este artículo.

Disección de la ontogenia de células madre esqueléticas embrionarias humanas mediante transcriptómica unicelular y análisis funcional

Disección de la ontogenia de células madre esqueléticas embrionarias humanas mediante transcriptómica unicelular y análisis funcional

Publicada en la revista "Cell Research" (if:25.438+07);

Publicada en marzo de 2021;

Tecnología aplicada a la secuenciación genómica del transcriptoma unicelular 10x;

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Proceso de investigación

La aparición y el desarrollo de los huesos se han estudiado ampliamente en ratones, pollos y salamandras, mientras que la investigación en humanos se ha centrado principalmente en el nivel de histomorfología. Este estudio utilizó el transcriptoma unicelular de Qualcomm para secuenciar las yemas de las extremidades y los huesos largos de embriones humanos a las 5 semanas de gestación, y analizó los linajes de desarrollo de las yemas de las extremidades y los huesos largos, respectivamente. Luego se identificaron los marcadores fenotípicos de las células progenitoras esqueléticas embrionarias (PDGFRAlow/-PDPN+CADM1+) mediante experimentos como la citometría de flujo. Finalmente, se encontró un grupo de células con el mismo fenotipo en muestras de cráneo, lo que sugiere que pueden estar en la membrana.

Antecedentes de la investigación

Estudios anteriores han demostrado que las células de la columna vertebral (SSC) autorrenovables existen en los vertebrados superiores y en las primeras etapas de desarrollo. Las SSC son un grupo de células madre específicas de tejido que pueden autorrenovarse y diferenciarse en condrocitos, osteoblastos y células estromales, desempeñando un papel clave en el desarrollo óseo y la reparación de lesiones. Aún se desconoce la ontogenia de las SSC embrionarias humanas en la formación temprana de hueso. En los vertebrados, las primeras células progenitoras de los huesos apendiculares se forman en la yema de la extremidad. Aunque se han identificado distintos progenitores mesenquimales en las yemas de las extremidades de ratones y pollos, la heterogeneidad celular y los niveles de linaje en las yemas de las extremidades humanas siguen sin estar claros.

En resumen, actualmente faltan estudios de secuenciación del transcriptoma unicelular en el esqueleto embrionario humano. En este estudio, se utilizó la secuenciación del transcriptoma unicelular genómico 10x para generar el primer mapa completo de células morfogenéticas óseas embrionarias humanas. Al examinar sistemáticamente la heterogeneidad celular y los niveles de linaje en múltiples sitios esqueléticos, se descubrieron distintas células madre esqueléticas/progenitoras en cráneos y huesos largos de embriones humanos.

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Principales resultados

1. Análisis global de transcriptomas unicelulares durante el desarrollo de las yemas de las extremidades y de los huesos largos.

En este estudio, se diseccionaron y digirieron enzimáticamente las extremidades superiores e inferiores (WPC) y los huesos largos de las extremidades anteriores y posteriores (8WPC) 5 semanas después de la concepción. Después de la clasificación por flujo, se realizó la secuenciación del transcriptoma unicelular del genoma 10x (Figura 1b) y finalmente se obtuvieron 19,890 células individuales en las yemas de las extremidades de 5WPC y 15,680 células individuales en los huesos largos de 8WPC. Un análisis exhaustivo de muestras de yemas de extremidades y huesos largos identificó 16 subgrupos (Fig. 1c).

La subpoblación mesenquimal de yemas de extremidades PRRX1+ y la subpoblación de células epiteliales EPCAM+ existen principalmente en muestras de 5 semanas de embarazo. Los osteoblastos RUNX2+, las células estromales mesenquimales del pericondrio OSR2+NOV+, los condrocitos y condrocitos SOX9+, los miocitos MYOG+ y las células de Schwann SOX1 se detectaron principalmente en muestras de la octava semana de embarazo. Las células precursoras osteocondrales (OCP) se distribuyeron uniformemente entre la yema de la extremidad y las muestras de hueso largo, lo que sugiere que pueden incluir los primeros progenitores de células madre óseas (Fig. 1c-e).

El análisis de correlación de Pearson distinguió claramente las subpoblaciones osteogénicas y las no osteogénicas. El análisis de pseudotiempo de la velocidad del ARN reveló que las células progenitoras mesenquimales de las yemas de las extremidades se diferencian continuamente en OCP y luego se diferencian en linajes osteogénicos y condrogénicos (Fig. 1f). El análisis PAGA mostró que en los huesos largos embrionarios, los OCP desempeñan un papel clave en la conexión de las células progenitoras mesenquimales de las yemas de las extremidades (PRRX1+) con PMSC/condroblastos/condrocitos (SOX9+) y células osteoprogenitoras (RUNX2+) (Figura 1g).

2. Linaje de células mesenquimales durante el desarrollo de las yemas de las extremidades.

Se identificaron diez subgrupos en yemas de extremidades humanas 5WPC (Fig. 2a). El análisis sistemático de grupos de cuatro subpoblaciones de células mesenquimales mostró que LBM1 (grupo 1) se agrupaba con LBM2 (grupo 2), mientras que LBM3 (grupo 3) y OCP (grupo 4) se agrupaban (Figura 2b). De las dos subpoblaciones de células epiteliales (Fig. 2a), solo el grupo 9 (correspondiente a la célula epitelial 1, Fig. 1c, d) expresó altamente el marcador AER FGF8, de acuerdo con estudios previos en embriones de ratón. El análisis PAGA mostró una fuerte correlación entre LBM2 y los grupos leptomeníngeos superiores (Fig. 2c). El análisis del ciclo celular reveló que LBM2 tiene una mayor capacidad proliferativa que otras subpoblaciones estromales. El análisis GO mostró que LBM2 era rico en genes que regulaban los procesos metabólicos, mientras que LBM3 y OCP eran ricos en genes implicados en el desarrollo y la osificación del hueso embrionario.

Este estudio analizó el conjunto de datos de secuenciación del transcriptoma unicelular de yemas de extremidades de ratón publicado recientemente (E11.5) y descubrió que, además de las subpoblaciones LBM2 y epitelial (no AER) en las yemas de extremidades de ratón de forma impredecible, la mayoría de las subpoblaciones humanas se conservan en ratones. La falta de una subpoblación LBM2 altamente proliferativa sugiere que la yema de la extremidad madura antes en los ratones E11.5. La alta expresión de SOX9 en el subgrupo de OCP de ratón sugiere una diferenciación condrogénica temprana. En conjunto, estos datos revelan la heterogeneidad celular y la especificidad de especie de las células mesenquimales y epiteliales de las extremidades humanas en comparación con los humanos.

3. Linaje del cartílago en el desarrollo de los huesos largos

Dado que las yemas de las extremidades humanas 5WPC no han comenzado la osteogénesis, este estudio continuó analizando los huesos largos 8WPC para buscar SSC embrionarias humanas. Las líneas celulares osteocondrales (OCLC) se dividen en 7 subgrupos (Fig. 3a). Al agrupar aún más las células OCP de huesos largos embrionarios, se identificaron tres grupos de progenitores de células madre. El análisis GO mostró que los genes relacionados con la proliferación de células madre se enriquecieron en el grupo 3 (Fig. 3b), lo que indica que puede contener células madre/progenitoras de la columna vertebral embrionaria (eSSPC). El análisis de series cuasitemporales mostró un fuerte flujo direccional desde eSSPC a subpoblaciones de osteoblastos, condroblastos / condrocitos y células del estroma mesenquimal pericondral (PMSC) (Fig. 3c). El análisis de la red reguladora transcripcional encontró que eSSPC estaba enriquecido en el factor de transcripción FOXP1/2 (Figura 3f). La tinción de inmunofluorescencia mostró que las células FOXP1/2+ estaban ubicadas principalmente en el pericondrio y en el nuevo centro de osificación primaria. Los experimentos de paso clonal continuo y de diferenciación in vitro e in vivo demuestran que eSSPC tiene potencial de autorrenovación, osteogénesis y condrogénesis, y puede regular el desarrollo de huesos largos y la formación del centro de osificación primario (POC).

4. Identificación de CADM 1 como marcador fenotípico de células madre progenitoras esqueléticas embrionarias.

Con el fin de aislar eSSPC para estudios funcionales in vitro, los investigadores primero buscaron diferencias a largo plazo. Subpoblaciones de OCLC de líneas celulares de condrocitos óseos. Marcadores de superficie celular expresados. Se descubrió que la molécula de adhesión celular CADM1 se expresa preferentemente en eSSPC (Fig. 4a). CADM1 también se expresa en células de Schwann, y la inmunofluorescencia muestra que CADM1 se distribuye en el pericondrio y el centro de osificación primaria (POC) (Figura 4b). El análisis de puntuación celular promedio transcripcional (TACS) mostró que el enriquecimiento de células PDGFRAlow/-PDPN+CADM1+ en la subpoblación de condrocitos OCLC mejoró aún más la pureza de las eSSPC. Se utilizó citometría de flujo para realizar un análisis de secuenciación del transcriptoma unicelular en eSSPC y clasificar las células PDGFRAlow/-PDPN+CADM1+. El análisis de conglomerados reveló dos subgrupos distintos, incluido el 93,3 % de las eSSPC que expresan FOXP1, FOXP2 y gas2, y el 6,7 % de las células de Schwann que expresan SOX2, SOX10 y MPZ. El análisis de similitud también confirmó que las eSSPC son células altamente enriquecidas de PDGFRAlow/-PDPN+CADM1+.

Los investigadores probaron además el potencial de autorrenovación y diferenciación de las eSSPC y descubrieron que las células PDGFRAlow/-PDPN+CADM1+ podían diferenciarse en hueso y cartílago. Las células PDGFRAlow/-PDPN+CADM1- experimentan únicamente diferenciación osteogénica.

5. Desarrollo del linaje osteogénico durante el desarrollo del cráneo.

Para probar si existen células vertebrales similares en cráneos embrionarios, los investigadores secuenciaron y analizaron los transcriptomas unicelulares de dos cráneos humanos 8WPC y descubrieron que un grupo tenía el mismo fenotipo que PDGFRAOW/-PDPNCADM 1+ Neural. Las células derivadas de la cresta (NCDC) están enriquecidas en las suturas craneales y el pericondrio, lo que sugiere que las NCDC pueden desempeñar un papel clave en la osteogénesis intramembranosa y el desarrollo del cráneo.

Conclusión de la investigación

Se han encontrado células madre óseas humanas en los huesos largos de fetos y adultos. Sin embargo, la ontogenia espaciotemporal de las SSC en embriones humanos durante el desarrollo esquelético temprano aún no está clara. Aquí, abordamos esta pregunta fundamental mapeando el panorama transcripcional de las yemas de las extremidades humanas y los huesos largos embrionarios con resolución unicelular. Este estudio encontró una heterogeneidad epitelial y entre hojas significativa en las yemas de las extremidades humanas, utilizando genes marcadores conocidos dispuestos a lo largo del eje proximal y distal, así como del eje anteroposterior. Las células progenitoras osteocondrogénicas surgen primero en el mesénquima de la yema central de la extremidad. Durante la osteogénesis endocondral de los huesos largos embrionarios, estas células progenitoras dan lugar a múltiples grupos de células madre/progenitoras. Es importante destacar que en este estudio se identificó una subpoblación de células madre/progenitoras osteocondrales embrionarias (eSSPC) que pueden autorrenovarse y generar linajes de células osteocondrales, pero no adipocitos ni estroma hematopoyético. ESSPC está marcado por la molécula de adhesión CADM1 y está altamente enriquecido en la red de transcripción FOXP1/2. Curiosamente, en la sutura sagital del cráneo embrionario humano también se encuentran células derivadas de la cresta neural con marcadores fenotípicos y redes transcripcionales similares. En resumen, este estudio revela heterogeneidad celular y niveles de linaje durante el desarrollo esquelético embrionario humano e identifica células madre/progenitoras esqueléticas únicas que coordinan la osificación endocondral e intramembranosa.

Referencia

Disección de la ontogenia de células madre esqueléticas embrionarias humanas mediante técnicas de transcriptómica unicelular y análisis funcional. Resolución celular 2021;31(7):742-757.

¿Li Chao? Redacción publicitaria