Dissection of Cellular Communication between Human Primary Osteoblasts and Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Osteoarthritis at Single-Cell Resolution
저자
Liu Ying (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Chen Yan (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Li Xiao-Hua (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Cao Chong (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Zhang Hui-Xi (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Zhou Cui (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Chen Yu (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Gong Yun (Tulane Center of Biomedical Informatics and Genomics, Deming Department of Medicine, Tulane University School of Medicine, New Orleans, LA, USA) ; Yang Jun-Xiao (Department of Orthopedics, Xiangya Hospital, Central South University, Changsha, China) ; Cheng Liang (Department of Orthopedics and National Clinical Research Center for Geriatric Disorders, Xiangya Hospital, Central South University, Changsha, China) ; Chen Xiang-Ding (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Shen Hui (Tulane Center of Biomedical Informatics and Genomics, Deming Department of Medicine, Tulane University School of Medicine, New Orleans, LA, USA) ; Xiao Hong-Mei (School of Basic Medical Science, Central South University, Changsha, ChinaCenter of Reproductive Health, System Biology and Data Information, Institute of Reproductive) ; Tan Li-Jun (Laboratory of Molecular and Statistical Genetics, College of Life Sciences, Hunan Normal University, Changsha, China) ; Deng Hong-Wen (Tulane Center of Biomedical Informatics and Genomics, Deming Department of Medicine, Tulane University School of Medicine, New Orleans, LA, USA)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
주제어
자료형태
학술저널
수록면
342-355(14쪽)
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Background and Objectives: Osteoblasts are derived from bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) and play important role in bone remodeling. While our previous studies have investigated the cell subtypes and heterogeneity in osteoblasts and BMMSCs separately, cell-to-cell communications between osteoblasts and BMMSCs in vivo in humans have not been characterized. The aim of this study was to investigate the cellular communication between human primary osteoblasts and bone marrow mesenchymal stem cells.
Methods and Results: To investigate the cell-to-cell communications between osteoblasts and BMMSCs and identify new cell subtypes, we performed a systematic integration analysis with our single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) transcriptomes data from BMMSCs and osteoblasts. We successfully identified a novel preosteoblasts subtype which highly expressed ATF3, CCL2, CXCL2 and IRF1. Biological functional annotations of the transcriptomes suggested that the novel preosteoblasts subtype may inhibit osteoblasts differentiation, maintain cells to a less differentiated status and recruit osteoclasts. Ligand-receptor interaction analysis showed strong interaction between mature osteoblasts and BMMSCs. Meanwhile, we found FZD1 was highly expressed in BMMSCs of osteogenic differentiation direction. WIF1 and SFRP4, which were highly expressed in mature osteoblasts were reported to inhibit osteogenic differentiation.
We speculated that WIF1 and sFRP4 expressed in mature osteoblasts inhibited the binding of FZD1 to Wnt ligand in BMMSCs, thereby further inhibiting osteogenic differentiation of BMMSCs.
Conclusions: Our study provided a more systematic and comprehensive understanding of the heterogeneity of osteogenic cells. At the single cell level, this study provided insights into the cell-to-cell communications between BMMSCs and osteoblasts and mature osteoblasts may mediate negative feedback regulation of osteogenesis process.
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