Human limb skeletal system consists of both bone and cartilage which originated from fetal cartilage. However, the roadmap of chondrocyte divergent differentiation to bone and articular cartilage has yet to be established. Epiphysis possesses articular cartilage, growth plate and the secondary ossification center (SOC), making it an ideal model to uncover the trajectory of chondrocyte divergent differentiation. Here, we mapped differentiation trajectory of human chondrocyte during postnatal finger epiphysis development by using single-cell RNA sequencing. Our results uncovered that chondroprogenitors have two differentiation pathways to hypertrophic chondrocytes during ossification, and one pathway to articular chondrocytes for formation of cartilages. Interestingly, we found that, as an addition to the known typical endochondral ossification path from resting, proliferative to hypertrophic chondrocytes, there was a bypass by which chondroprogenitors differentiate into hypertrophic chondrocytes without proliferative stage. Furthermore, our results revealed two new chondrocyte subpopulations (bypass chondrocytes as it appeared in the ossification bypass, and ID1+ chondroblasts in articular chondrocyte path) during postnatal epiphysis development in addition to six well-known subpopulations. Overall, our study provides a comprehensive roadmap of chondrocyte differentiation in human epiphysis thereby expanding the knowledge of bone and articular cartilage, which could be utilized to design biotherapeutics for bone and articular cartilage regeneration.

中文翻译：

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人类骨physi形成的高分辨率架构

人肢骨骼系统由骨骼和软骨组成，骨骼和软骨均来自胎儿软骨。然而，软骨细胞向骨和关节软骨分化分化的路线图尚未建立。骨拥有关节软骨，生长板和次生骨化中心（SOC），使其成为揭示软骨细胞分化分化轨迹的理想模型。在这里，我们通过使用单细胞RNA测序绘制了产后手指骨epi发育过程中人软骨细胞的分化轨迹。我们的研究结果表明，软骨生成剂在骨化过程中有两条向肥大软骨细胞的分化途径，以及一条向软骨形成软骨的途径。有趣的是，我们发现，作为从休息，增生到肥大性软骨细胞的已知典型软骨内骨化途径的补充，有一个旁路，软骨生成剂可分化为肥大性软骨细胞而无增生阶段。此外，我们的结果揭示了在产后骨physi发育期间，除了六个众所周知的亚群外，还有两个新的软骨细胞亚群（在骨化旁路中绕过了软骨细胞，在关节软骨细胞路径中出现了ID1 +软骨母细胞）。总体而言，我们的研究提供了人类骨physi中软骨细胞分化的全面路线图，从而扩展了骨骼和关节软骨的知识，可用于设计骨骼和关节软骨再生的生物疗法。有一个绕过的途径，软骨原细胞分化成肥大的软骨细胞而没有增殖期。此外，我们的结果揭示了在产后骨physi发育期间，除了六个众所周知的亚群外，还有两个新的软骨细胞亚群（在骨化旁路中绕过了软骨细胞，在关节软骨细胞路径中出现了ID1 +软骨母细胞）。总体而言，我们的研究提供了人类骨physi中软骨细胞分化的全面路线图，从而扩展了骨骼和关节软骨的知识，可用于设计骨骼和关节软骨再生的生物疗法。有一个绕过的途径，软骨原细胞分化成肥大的软骨细胞而没有增殖期。此外，我们的结果揭示了在产后骨physi发育期间，除了六个众所周知的亚群外，还有两个新的软骨细胞亚群（在骨化旁路中绕过了软骨细胞，在关节软骨细胞路径中出现了ID1 +软骨母细胞）。总体而言，我们的研究提供了人类骨physi中软骨细胞分化的全面路线图，从而扩展了骨骼和关节软骨的知识，可用于设计骨骼和关节软骨再生的生物疗法。我们的研究结果显示，在产后骨physi发育过程中，除了六个著名的亚群外，还发现了两个新的软骨细胞亚群（在骨化旁路中绕过软骨细胞，在关节软骨细胞路径中出现ID1 +软骨母细胞）。总体而言，我们的研究提供了人类骨physi中软骨细胞分化的全面路线图，从而扩展了骨骼和关节软骨的知识，可用于设计骨骼和关节软骨再生的生物疗法。我们的研究结果显示，在产后骨physi发育过程中，除了六个著名的亚群外，还发现了两个新的软骨细胞亚群（在骨化旁路中绕过软骨细胞，在关节软骨细胞路径中出现ID1 +软骨母细胞）。总体而言，我们的研究提供了人类骨physi中软骨细胞分化的全面路线图，从而扩展了骨骼和关节软骨的知识，可用于设计骨骼和关节软骨再生的生物疗法。