単一細胞分解能でヒトおよびマウスにおける造血幹細胞を発達させる統合的なトランスクリプトーム分析

造血幹細胞（HSC）の発達の現在の理解は、マウスモデルに由来することは、ヒトで進化的に保存されていると考えられています。ただし、シングルセルレベルでの発達HSCのトランスクリプトームプロファイルの異種比較はまだ不足しています。ここでは、HSCが実現したHemogenic内皮細胞および中期大動脈 - ゴナドメソネフロ（AGM）領域、および成熟したHSCを含む、ヒトおよびマウスのHSC発達中に一連の主要細胞集団の統合的トランスクリプトーム分析を実施しました。胎児の肝臓と成体の骨髄で。2つの種の対応する細胞集団間のトランスクリプトーム特性の一般的な類似性を実証しました。注目すべきことに、ヒト胚のAGM領域で特定の動脈特性を持つ以前にトランスクリプトミングで定義された造血幹前駆細胞（HSPC）集団の1つは、マウス胚のpre-hscとの密接な転写腫性類似性を示しました。一方、ヒトAGM領域の他の2つのHSPC集団は、胎児の肝臓HSPCと分子類似性を示し、HSCがヒトの胎児肝臓に定着する前のAGMの成熟を示唆しています。最後に、統合されたデータセットに基づいて細胞を再クラスター化し、主要な細胞集団の進化的に保存された分子シグネチャを示しました。我々の結果は、ヒトとマウスの間のHSC発達中の重要な細胞集団と分子特性のトランスクリプトーム保存を明らかにし、マウスモデルを使用した哺乳類のHSCの発達と再生に関する将来の研究の資源と理論的基礎を提供しました。

Current understanding of hematopoietic stem cell (HSC) development comes from mouse models is considered to be evolutionarily conserved in human. However, the cross-species comparison of the transcriptomic profiles of developmental HSCs at single-cell level is still lacking. Here, we performed integrative transcriptomic analysis of a series of key cell populations during HSC development in human and mouse, including HSC-primed hemogenic endothelial cells and pre-HSCs in mid-gestational aorta-gonad-mesonephros (AGM) region, and mature HSCs in fetal liver and adult bone marrow. We demonstrated the general similarity of transcriptomic characteristics between corresponding cell populations of the two species. Of note, one of the previously transcriptomically defined hematopoietic stem progenitor cell (HSPC) populations with certain arterial characteristics in AGM region of human embryos showed close transcriptomic similarity to pre-HSCs in mouse embryos. On the other hand, the other two HSPC populations in human AGM region displayed molecular similarity with fetal liver HSPCs, suggesting the maturation in AGM before HSCs colonizing the fetal liver in human, which was different to that in mouse. Finally, we re-clustered cells based on the integrated dataset and illustrated the evolutionarily conserved molecular signatures of major cell populations. Our results revealed transcriptomic conservation of critical cell populations and molecular characteristics during HSC development between human and mouse, providing a resource and theoretic basis for future studies on mammalian HSC development and regeneration by using mouse models.