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単細胞の血統追跡により、造血におけるTCF15の役割が明らかになった
Single-cell lineage tracing unveils a role for TCF15 in haematopoiesis.
PMID: 32669716 DOI: 10.1038/s41586-020-2503-6.
抄録
骨髄移植治療は、造血幹細胞（造血幹細胞）の生涯にわたる再生能力に依存している。造血幹細胞はクローンレベルで複雑で多様な再生行動を示すが、この多様性の根底にあるメカニズムは未だに解明されていない。最近のシングルセルRNAシークエンシングの進歩により、造血幹細胞間の転写の違いが明らかになり、造血幹細胞の機能的な不均一性を説明する可能性が出てきました。しかし、シークエンシングアッセイの破壊的な性質は、幹細胞の状態と機能を同時に観察することを妨げています。この課題を解決するために、我々は発現可能なレンチウイルスバーコーディングを実装し、単一の成体造血幹細胞の系統と転写物の同時解析を可能にし、長期の骨髄再構成中のクローンの軌跡を可能にした。異なる挙動を示すクローン間の遺伝子発現の差異を解析した結果、機能的な長期再分化造血幹細胞を特徴づける内在的な分子シグネチャが明らかになった。in vivo CRISPRスクリーニングを用いてこの特徴を調べたところ、転写因子TCF15が造血幹細胞の休止期と長期的な自己再生を促進するために必要かつ十分な因子であることがわかった。また、TCF15の発現は、真の多能性造血幹細胞の最も原始的なサブセットを標識していることを明らかにした。結論として、我々の研究は、機能的な幹細胞の不均一性に関連したクローン内在性の分子プログラムを解明し、自己再生型造血幹細胞の状態を維持するためのメカニズムを明らかにした。
Bone marrow transplantation therapy relies on the life-long regenerative capacity of haematopoietic stem cells (HSCs). HSCs present a complex variety of regenerative behaviours at the clonal level, but the mechanisms underlying this diversity are still undetermined. Recent advances in single-cell RNA sequencing have revealed transcriptional differences among HSCs, providing a possible explanation for their functional heterogeneity. However, the destructive nature of sequencing assays prevents simultaneous observation of stem cell state and function. To solve this challenge, we implemented expressible lentiviral barcoding, which enabled simultaneous analysis of lineages and transcriptomes from single adult HSCs and their clonal trajectories during long-term bone marrow reconstitution. Analysis of differential gene expression between clones with distinct behaviour revealed an intrinsic molecular signature that characterizes functional long-term repopulating HSCs. Probing this signature through in vivo CRISPR screening, we found the transcription factor TCF15 to be required and sufficient to drive HSC quiescence and long-term self-renewal. In situ, Tcf15 expression labels the most primitive subset of true multipotent HSCs. In conclusion, our work elucidates clone-intrinsic molecular programmes associated with functional stem cell heterogeneity and identifies a mechanism for the maintenance of the self-renewing HSC state.