Human pluripotent stem cells (hPSCs) can provide a platform to model bone organogenesis and disease. To reflect the developmental process of the human skeleton, hPSC differentiation methods should include osteogenic progenitors (OPs) arising from three distinct embryonic lineages: the paraxial mesoderm, lateral plate mesoderm, and neural crest. Although OP differentiation protocols have been developed, the lineage from which they are derived, as well as characterization of their genetic and molecular differences, has not been well reported. Therefore, to generate lineage‐specific OPs from human embryonic stem cells and human induced pluripotent stem cells, we employed stepwise differentiation of paraxial mesoderm‐like cells, lateral plate mesoderm‐like cells, and neural crest‐like cells toward their respective OP subpopulation. Successful differentiation, confirmed through gene expression and in vivo assays, permitted the identification of transcriptomic signatures of all three cell populations. We also report, for the first time, high FGF1 levels in neural crest‐derived OPs—a notable finding given the critical role of fibroblast growth factors (FGFs) in osteogenesis and mineral homeostasis. Our results indicate that FGF1 influences RUNX2 levels, with concomitant changes in ERK1/2 signaling. Overall, our study further validates hPSCs' power to model bone development and disease and reveals new, potentially important pathways influencing these processes.

中文翻译：

---

多能干细胞成骨祖细胞的谱系特异性分化揭示了神经嵴衍生的骨祖细胞中的 FGF1-RUNX2 关联

人类多能干细胞 (hPSC) 可以提供一个平台来模拟骨器官发生和疾病。为了反映人类骨骼的发育过程，hPSC 分化方法应包括来自三个不同胚胎谱系的成骨祖细胞 (OP)：近轴中胚层、侧板中胚层和神经嵴。尽管已经开发了 OP 分化方案，但它们所衍生的谱系，以及它们的遗传和分子差异的表征，尚未得到很好的报道。因此，为了从人类胚胎干细胞和人类诱导多能干细胞中产生谱系特异性 OP，我们采用了近轴中胚层样细胞、侧板中胚层样细胞和神经嵴样细胞向各自的 OP 亚群逐步分化。通过基因表达和体内测定证实的成功分化允许鉴定所有三个细胞群的转录组特征。我们还首次报告了神经嵴衍生的 OPs 中的高 FGF1 水平——鉴于成纤维细胞生长因子 (FGFs) 在成骨和矿物质稳态中的关键作用，这是一个值得注意的发现。我们的结果表明 FGF1 影响 RUNX2 水平，伴随着 ERK1/2 信号的变化。总体而言，我们的研究进一步验证了 hPSC 对骨骼发育和疾病建模的能力，并揭示了影响这些过程的新的、潜在的重要途径。神经嵴衍生的 OP 中的高 FGF1 水平——鉴于成纤维细胞生长因子 (FGF) 在成骨和矿物质稳态中的关键作用，这是一个值得注意的发现。我们的结果表明 FGF1 影响 RUNX2 水平，伴随着 ERK1/2 信号的变化。总体而言，我们的研究进一步验证了 hPSC 对骨骼发育和疾病建模的能力，并揭示了影响这些过程的新的、潜在的重要途径。神经嵴衍生的 OP 中的高 FGF1 水平——鉴于成纤维细胞生长因子 (FGF) 在成骨和矿物质稳态中的关键作用，这是一个值得注意的发现。我们的结果表明 FGF1 影响 RUNX2 水平，伴随着 ERK1/2 信号的变化。总体而言，我们的研究进一步验证了 hPSC 对骨骼发育和疾病建模的能力，并揭示了影响这些过程的新的、潜在的重要途径。