Deciphering cell states and genealogies of human haematopoiesis

生物 造血 干细胞 进化生物学 细胞 遗传学 计算生物学 细胞生物学
作者
Chen Weng,Fulong Yu,Dian Yang,Michael Poeschla,L. Alexander Liggett,Matthew G. Jones,Xiaojie Qiu,Lara Wahlster,Alexis Caulier,Jeffrey A. Hussmann,Alexandra Schnell,Kathryn E. Yost,Luke W. Koblan,Jorge D. Martin-Rufino,Kyung Hoi Min,Alessandro Hammond,Daniel Ssozi,Raphael Bueno,Hari R. Mallidi,Antonia Kreso
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:627 (8003): 389-398 被引量:116
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07066-z
摘要

Abstract The human blood system is maintained through the differentiation and massive amplification of a limited number of long-lived haematopoietic stem cells (HSCs) 1 . Perturbations to this process underlie diverse diseases, but the clonal contributions to human haematopoiesis and how this changes with age remain incompletely understood. Although recent insights have emerged from barcoding studies in model systems 2–5 , simultaneous detection of cell states and phylogenies from natural barcodes in humans remains challenging. Here we introduce an improved, single-cell lineage-tracing system based on deep detection of naturally occurring mitochondrial DNA mutations with simultaneous readout of transcriptional states and chromatin accessibility. We use this system to define the clonal architecture of HSCs and map the physiological state and output of clones. We uncover functional heterogeneity in HSC clones, which is stable over months and manifests as both differences in total HSC output and biases towards the production of different mature cell types. We also find that the diversity of HSC clones decreases markedly with age, leading to an oligoclonal structure with multiple distinct clonal expansions. Our study thus provides a clonally resolved and cell-state-aware atlas of human haematopoiesis at single-cell resolution, showing an unappreciated functional diversity of human HSC clones and, more broadly, paving the way for refined studies of clonal dynamics across a range of tissues in human health and disease.
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