恭喜 | 医学院那洁课题组通过多组学分析揭示JUNB在体外分化人造血祖细胞过程中的功能

图1. HPC体外分化过程中的基因表达调控研究

研究人员利用hPSC向HPC分阶段分化体系，纯化了血管中胚层(vascular mesoderm cells, VME)，内皮前体细胞(endothelial progenitor cell, EPC)和造血祖细胞(HPC)，分别获得了各分化阶段的转录组、开放染色质、H3K4me3和H3K27me3组蛋白修饰的数据。通过对数据进行整合分析，研究人员根据开放染色质图谱推断了各阶段可能行使功能的转录因子，揭示了组蛋白二价修饰(bivalent)的动态变化以及标志性基因的表观遗传修饰模式。

HSPC来自一群特殊的内皮细胞-生血内皮细胞（hemogenic endothelial cell, HEC）。HEC的特性直接影响HSPC的生成效率和是否具有移植重建能力(Guibentif et al., 2017; Park et al., 2018)。研究者采用单细胞RNA-seq和ATAC-seq技术，鉴定了体外分化产生的HEC群体，并将其与体内发育的HEC进行了转录组差异比较。结果发现，体外生成的HEC虽具有较强的增殖能力，但其动脉内皮基因表达明显不足。而HEC的动脉内皮特征对HSPC的生成和功能具有关键作用(Zeng et al., 2019)，因此，在体外分化体系中，增强HEC的动脉内皮特征可能有助于提高HPC的分化潜能。

之后，基于ATAC-seq转录因子富集分析和组蛋白修饰动态变化的结果，研究者发现在hPSC向HPC分化过程中，转录因子JUNB的基因表达动态变化以及在基因组上的结合特征与MYB、RUNX1等重要造血调控转录因子类似。研究者采用JUNB敲除的hPSC分化HPC，发现JUNB的缺失显著抑制了HEC和HPC的生成，JUNB回补实验进一步证明了JUNB在HPC分化过程中的重要作用。从机制上讲，JUNB的存在使得ERG、GATA2和 RUNX1 等造血谱系相关因子的染色质呈现开放状态，促进HEC的特化和向HPC的转变；另外，JUNB可以直接结合RUNX1、CD44等内皮-造血转变(endothelial-to-hematopoietic transition, EHT)调控因子的启动子区域，调控基因表达和EHT的发生。因而JUNB是hPSC分化HPC过程中的一个必要因子。

总之，这项研究揭示了人类HPC分化过程中的表观遗传调控机制，发现了HEC和HPC生成过程中新的调控因子JUNB。同时，体内外HEC单细胞转录组对比分析为在体外更高效地获取高质量的HPC提供了重要的线索。

1、Guibentif, C., Ronn, R.E., Boiers, C., Lang, S., Saxena, S., Soneji, S., Enver, T., Karlsson, G., and Woods, N.B. (2017). Single-Cell Analysis Identifies Distinct Stages of Human Endothelial-to-Hematopoietic Transition. Cell Reports 19, 10-19. 10.1016/j.celrep.2017.03.023.

2、Park, M.A., Kumar, A., Jung, H.S., Uenishi, G., Moskvin, O.V., Thomson, J.A., and Slukvin, I.I. (2018). Activation of the Arterial Program Drives Development of Definitive Hemogenic Endothelium with Lymphoid Potential. Cell Reports 23, 2467-2481. 10.1016/j.celrep.2018.04.092.

3、Zeng, Y., He, J., Bai, Z., Li, Z., Gong, Y., Liu, C., Ni, Y., Du, J., Ma, C., Bian, L., et al. (2019). Tracing the first hematopoietic stem cell generation in human embryo by single-cell RNA sequencing. Cell Res 29, 881-894. 10.1038/s41422-019-0228-6.