マウスのLGR5（+）幹細胞をサポートするCKIT（+）結腸暗号ベース分泌細胞の同定

背景と目的：パネス細胞は、LGR5（+）幹細胞の小腸ニッチに寄与します。結腸にはLGR5（+）幹細胞も含まれていますが、パネス細胞は含まれていません。私たちは、明確な転写シグネチャを持ち、LGR5（+）幹細胞をサポートする結腸パネのような細胞の存在を調査しました。 方法：多色蛍光活性化細胞並べ替えを使用して、マウスの解離した結腸上皮から、既知のマーカーに基づいて、結腸窩の異なるサブ領域を分離しました。定量的逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応を備えた多重化シングルセル遺伝子発現解析を実行し、その後、異なる細胞タイプを特徴付ける階層クラスタリング分析を行いました。免疫染色および蛍光活性化細胞選別分析を使用して、さまざまな細胞タイプを特徴付けるために、ノッチ阻害剤およびin vitroオルガノイド培養物のin vivo投与を使用しました。 結果：多色の蛍光活性化細胞選別は、結腸輪の異なる領域を分離することができます。単一細胞の選択された集団の遺伝子発現分析により、4つの主要な上皮サブタイプまたは転写状態が明らかになりました。これらの1つであるゴブレット細胞には、DLL1、DLL4、および表皮成長因子を発現する異なるCKIT/CD117（+）暗号塩基亜集団が含まれていました。結腸では、CKIT（+）ゴブレット細胞をLGR5（+）幹細胞と相互操作しました。in vivoでは、この結腸ckit（+）集団はノッチシグナル伝達によって規制されていました。マウスへのγ-セクレターゼ阻害剤の投与は、CKIT（+）細胞の数を増加させました。マウス結腸から分離すると、CKIT（+）細胞は、CKITのリガンドであるKitl/幹細胞因子を発現するLGR5（+）幹細胞からのオルガノイドの形成を促進しました。毒素結合抗体を使用してCKIT（+）細胞をオルガノイドに枯渇させると、オルガノイド形成が減少しました。 結論：CKITは、小腸のパネス細胞と、Notchシグナル伝達によって調節され、LGR5（+）幹細胞を支持する結腸ゴブレット細胞のサブセットをマークします。

BACKGROUND & AIMS: Paneth cells contribute to the small intestinal niche of Lgr5(+) stem cells. Although the colon also contains Lgr5(+) stem cells, it does not contain Paneth cells. We investigated the existence of colonic Paneth-like cells that have a distinct transcriptional signature and support Lgr5(+) stem cells. METHODS: We used multicolor fluorescence-activated cell sorting to isolate different subregions of colon crypts, based on known markers, from dissociated colonic epithelium of mice. We performed multiplexed single-cell gene expression analysis with quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction followed by hierarchical clustering analysis to characterize distinct cell types. We used immunostaining and fluorescence-activated cell sorting analyses with in vivo administration of a Notch inhibitor and in vitro organoid cultures to characterize different cell types. RESULTS: Multicolor fluorescence-activated cell sorting could isolate distinct regions of colonic crypts. Four major epithelial subtypes or transcriptional states were revealed by gene expression analysis of selected populations of single cells. One of these, the goblet cells, contained a distinct cKit/CD117(+) crypt base subpopulation that expressed Dll1, Dll4, and epidermal growth factor, similar to Paneth cells, which were also marked by cKit. In the colon, cKit(+) goblet cells were interdigitated with Lgr5(+) stem cells. In vivo, this colonic cKit(+) population was regulated by Notch signaling; administration of a γ-secretase inhibitor to mice increased the number of cKit(+) cells. When isolated from mouse colon, cKit(+) cells promoted formation of organoids from Lgr5(+) stem cells, which expressed Kitl/stem cell factor, the ligand for cKit. When organoids were depleted of cKit(+) cells using a toxin-conjugated antibody, organoid formation decreased. CONCLUSIONS: cKit marks small intestinal Paneth cells and a subset of colonic goblet cells that are regulated by Notch signaling and support Lgr5(+) stem cells.