Precise characterization of hemogenic endothelial cells during human hematopoietic development

Durante lo sviluppo embrionale, le cellule del sangue emergono da un sottoinsieme di cellule endoteliali specializzate, denominate endotelio emogeno (HE), attraverso un processo noto come transizione endoteliale-ematopoietica (EHT). HE è una popolazione eterogenea che si trova in vari siti anatomici, tra cui il sacco vitellino (YS) e l'aorta-gonade-mesonefro (AGM). Comprende cellule che differiscono per il potenziale di sviluppo, definendo così programmi ematopoietici distinti. Nonostante la discendenza endoteliale delle cellule del sangue sia ben consolidata, l'identità di HE è ancora dibattuta. Una caratterizzazione più approfondita di HE è quindi essenziale per guidare gli sforzi nel derivare questa popolazione dalle cellule staminali pluripotenti umane (hPSC), un passaggio fondamentale per generare emoderivati ​​terapeutici in vitro. Tuttavia, gli attuali marcatori noti utilizzati per isolare l'HE non sono sufficienti poiché arricchiscono anche le cellule arteriose associate. Per identificare specifici marcatori HE umani, abbiamo eseguito l'analisi trascrittomica di embrioni umani di 4-5 settimane, una fase di sviluppo caratterizzata da EHT attivo. Abbiamo identificato la codifica FCGR2B per il recettore Fc CD32, precedentemente associato ad altri endoteli specializzati, come gene arricchito nella popolazione ACE+CD34+ che contiene HE. Analisi funzionali ex vivo hanno confermato che il potenziale ematopoietico multilineare è altamente arricchito nelle cellule endoteliali CD32+ isolate dall'AGM e dall'YS di embrioni umani. Inoltre, CD32 è emerso come marcatore selettivo per HE derivato da hPSC in diversi programmi ematopoietici. Sorprendentemente, le nostre analisi hanno mostrato che la specificità del CD32 per le cellule con potenziale emogeno è superiore ad altri marcatori HE noti nelle colture ematopoietiche derivate da hPSC. Questi risultati forniscono un metodo semplice per isolare HE da embrioni umani e hPSC, consentendo la sua caratterizzazione molecolare e la generazione efficiente di cellule ematopoietiche in vitro.

During embryonic development, blood cells emerge from a subset of specialized endothelial cells, named hemogenic endothelium (HE), via a process known as endothelial-to-hematopoietic transition (EHT). HE represents a heterogeneous population found in various anatomical sites, including the yolk sac (YS) and the aorta-gonad-mesonephros (AGM). It comprises cells that differ in developmental potential, thus defining distinct hematopoietic programs. Despite the endothelial descendancy of blood cells is well established, the identity of HE is still debated. A more thorough characterization of HE is therefore essential to guide the efforts to derive this population from human pluripotent stem cells (hPSCs), a critical step to generate therapeutic blood products in vitro. However, current known markers used to isolate HE are insufficient as they also enrich associated arterial cells. To identify specific human HE markers, we performed transcriptomic analysis of 4-5-week-old human embryos, a developmental stage characterized by active EHT. We identified FCGR2B encoding for the Fc receptor CD32, previously associated with other specialized endothelia, as enriched gene in the ACE+CD34+ population that contains HE. Functional ex vivo analyses confirmed that multilineage hematopoietic potential is highly enriched in CD32+ endothelial cells isolated from the AGM and YS of human embryos. In addition, CD32 emerged as selective marker for hPSC-derived HE across different hematopoietic programs. Remarkably, our analyses showed that CD32 specificity for cells with hemogenic potential is superior to other known HE markers in hPSC-derived hematopoietic cultures. These findings provide a simple method for isolating HE from human embryos and hPSCs, allowing its molecular characterization as well as the efficient generation of hematopoietic cells in vitro.