2022-09-03

eLife | 综合光学和电子显微镜发现造血干细胞生态位的超微结构

原创 图灵基因 图灵基因 2022-09-03 10:16 发表于江苏

收录于合集#前沿分子生物学技术

已经开发了一种利用多种成像技术在其微环境中跟踪和检查单个造血干细胞的策略。通过整合共聚焦显微镜、X射线显微镜和连续块面扫描电子显微镜，该方法使科学家们能够检查在这个空间中发生的曾经难以捉摸的细胞间相互作用。

“利用我们的新技术，我们现在不仅可以看到干细胞，还可以看到周围所有与之接触的生态位细胞。”威斯康星大学麦迪逊分校助理教授Owen Tamplin博士解释说，他与加州大学圣地亚哥分校神经科学教授Mark Ellisman博士共同领导了这项工作。他们在《eLife》上发表了一篇题为“Defining the ultrastructure of the hematopoietic stem cell niche by correlative light and electron microscopy”的文章。

生态位是在骨髓等组织中发现的微环境，其中包含支持血液系统的造血干细胞。在这里，血液干细胞与其相邻细胞之间的特殊相互作用每秒都会发生，但这些相互作用很难追踪，也不清楚。

“目前，我们用有限数量的标记物和低分辨率观察组织中的干细胞，但我们缺少太多信息。”Tamplin说，“这种新策略使我们能够识别微环境中我们甚至不知道与干细胞相互作用的细胞类型，这开辟了新的研究方向。”

尽管造血干细胞很难在大多数活生物体中定位，但透明的斑马鱼幼虫为研究人员提供了一个独特的机会，可以更轻松地观察造血干细胞生态位的内部运作。在这种情况下，Tamplin，Ellisman和他们的团队研究了斑马鱼幼虫中造血干细胞和祖细胞（HSPC）向假定的成年肾骨髓（KM）生态位的早期迁移事件。

“这是斑马鱼的一大优点，能够对细胞进行成像。”研究人员在谈到斑马鱼的透明特征时说，“在哺乳动物中，造血干细胞在子宫内的骨髓中发育，这使得基本上不可能实时看到这些事件的发生。但是，在斑马鱼身上，你实际上可以看到干细胞通过循环到达，找到生态位，附着在它上面，然后进入并停留在那里。”

利用他们的成像策略，他们发现有可能追踪活组织深处的单个假定HSPC，并在HSPC定植的早期阶段观察幼虫KM生态位。

“首先，我们通过光片或共焦显微镜鉴定了单个荧光标记的干细胞。”Tamplin解释说，“接下来，我们对同一样本进行了连续块面部扫描电子显微镜处理。然后，我们将3D光学和电子显微镜数据集对齐。通过交叉这些不同的成像技术，我们可以看到组织深处单个稀有细胞的超微结构。这也使我们能够找到与造血干细胞接触的所有周围生态位细胞。我们相信，我们的方法将广泛适用于许多系统中的相关光学和电子显微镜。”

Tamplin希望这种方法可以用于许多其他类型的干细胞，例如肠道、肺和肿瘤微环境中的干细胞，其中稀有细胞需要以纳米分辨率进行表征。

“这项研究将真正帮助我们了解干细胞的行为和功能。”Tamplin说，“更好地了解干细胞行为以及周围生态位细胞的调节，可能会导致基于干细胞的疗法得到改进。”

“移植的造血干细胞被用作许多血液疾病和癌症的治疗手段，但造血干细胞非常罕见，很难在活体中找到。”他补充道，“这使得研究它们的特性以及了解它们如何与相邻细胞相互作用和联系变得非常具有挑战性。”

他们的研究结果表明，HSPC所在的生态位存在异质性。他们写道：“我们发现了HSPC及其周围生态位细胞的各种不同构型，这表明HSPC的存在位点可能存在功能异质性。我们的方法还使我们能够将多巴胺β-羟化酶（dbh）阳性神经节细胞鉴定为HSPC生态位中以前未表征的功能细胞类型。”

未来的工作将提供更多的信息来确定异质性的程度和功能意义。