Neutrophils, blood circulating granulocytes characterized with numerus granules, are the most abundant immune cells. Neutrophils serve as the first responders to infection and tissue injury which initiate an immune response. A multi-staged differentiation process of granulopoiesis should be properly regulated for the homeostasis of neutrophils, and the failure results into disease. Pathologic or iatrogenic neutropenia causes a dynamic alteration of neutrophil differentiation process to compensate a neutrophil loss. This process is described as demand-adapted granulopoiesis. The regulation mechanism of this alternative differentiation program is yet to be determined, however the lack of technique to define and purify the neutrophil precursors hinders the research. This study presents a novel way to identify a late-lineage neutrophil precursor population, defined as $lineage^{-}CD11b^{+}Ly6G^{lo}Ly6B^{int}CD115^{-}$, and purified this neutrophil precursor population from the bone marrow. These newly identified NeuPs(neutrophil precursors) were able to exclusively differentiate into functional neutrophils both in vitro and in vivo. Transcriptomic profiling of NeuPs enabled identification of NeuP stage-specific genes and allowed characterization of gene regulation patterns throughout the granulopoiesis. NeuPs were highly proliferative population that can contribute to expansion of neutrophil precursor pool. Instead, the proliferation of NeuP significantly decreased in different hematopoietic stress settings. NeuPs are regarded as a critical step for regulation of granulopoiesis.
면역세포에서 가장 많은 비율을 차지하는 호중구는 감염이나 조직 손상이 발생하였을 때 초기 면역반응을 주도한다고 알려져 있다. 이들 호중구의 항상성은 과립구형성(Granulopoiesis)이라고 명명되는 여러 단계의 분화 과정이 정상적으로 조절되었을 때 유지될 수 있는데, 그렇지 못한 경우 다양한 질병이 발생하게 된다. 병적 또는 의원성 호중구 감소증의 상태가 되면 호중구 분화 과정의 조절 양상이 크게 변화하면서 호중구의 수적 감소를 보완하고자 하는데, 이 상태를 수요-적응성 과립구형성(demand-adapted granulopoiesis)으로 설명한다. 그 조절 기작을 명확하게 이해하기 위해서는 호중구 전구세포를 구분 및 분리하는 것이 필수적인데, 순수하게 호중구 전구세포만을 분리하는 방법의 부재로 인해 이에 대한 연구가 활발하지 못한 것이 현실이다. 본 연구에서는 새로운 호중구 전구세포 분리법을 제시한다. $Lineage^{-}CD11b^{+}Ly6G^{lo}Ly6B^{int}CD115^{-}$로 정의되는 과립구형성 후기 단계의 호중구 전구세포만을 골수로부터 순수하게 분리해내는데 성공하였고, NeuP라고 새롭게 명명한 이들 전구세포들은 생체 내 및 생체 외 조건에서 정상적인 기능을 갖는 호중구 전구세포로 분화하였다. 전사체 분석을 통해 이들 NeuP 단계에서 특이적으로 발현되는 유전자들을 규명하였고, 분화 과정에 따른 유전자 발현의 조절 양상을 분석하였다. NeuP는 활발하게 분열하는 단계의 전구세포임을 확인하였고, 호중구 전구세포의 증식에 기여할 것이라 예상되었으나, 다양한 수요-적응성 과립구형성 유도 조건에서 이들 전구세포의 세포분열이 오히려 감소됨을 확인하였다. NeuP는 과립구형성 과정의 조절에 있어 매우 중요한 분화 단계라 생각된다.
