國(guó)內(nèi)首篇！10x Genomics單細(xì)胞+Visium空間轉(zhuǎn)錄組

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近日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所劉峰團(tuán)隊(duì)和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李程團(tuán)隊(duì)合作利用10x Genomics單細(xì)胞和Visium空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)繪制了小鼠胚胎肝發(fā)育的單細(xì)胞時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜。全面了解HSC/MPP在其體內(nèi)原始生態(tài)位的擴(kuò)增，HSC/MPP與不同生態(tài)位細(xì)胞之間復(fù)雜相互作用的機(jī)制以及HSC/MPP擴(kuò)展的系統(tǒng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

01小鼠發(fā)育過程中FL的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜

使用10×Genomics在E11.5和E14.5之間每隔一天生成一個(gè)正在發(fā)育的FL的單細(xì)胞圖譜，總共4個(gè)。最終捕獲了32,449個(gè)單細(xì)胞?？偣沧⑨尩?1個(gè)細(xì)胞簇，包括18個(gè)HC簇和3個(gè)結(jié)構(gòu)生態(tài)位細(xì)胞簇，發(fā)現(xiàn)它們的比例與發(fā)育階段動(dòng)態(tài)相關(guān)。

通過研究HSCs/MPPs和結(jié)構(gòu)生態(tài)位細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)，對(duì)四個(gè)階段的差異表達(dá)基因(DEGs)進(jìn)行分析，表明發(fā)育中的FL中HSC/MPPs的轉(zhuǎn)錄動(dòng)態(tài)是HSCs/ MPPs成熟和擴(kuò)增的基礎(chǔ)。

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02富集CD93的HSCs/MPPs表現(xiàn)出增強(qiáng)的干細(xì)胞特性

該研究重點(diǎn)研究了HSC/MPP1–3簇，并探討了它們之間的潛在差異，發(fā)現(xiàn)與HSC/MPP2–3相比，HSC/MPP1表現(xiàn)出最穩(wěn)健的干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組特征。通過細(xì)胞表面marker基因Cd93，富集HSC/MPP1細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)CD93和其他HSC/MPP標(biāo)記物的組合可以進(jìn)一步純化具有穩(wěn)健干細(xì)胞特性的HSC/MPP。另外，通過原代移植實(shí)驗(yàn)確定CD93能富集異質(zhì)LSK細(xì)胞的HSCs/MPPs。

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03整合scRNA-seq和ST，解碼HSCs/MPPs和生態(tài)位細(xì)胞之間的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用

在胚胎發(fā)生過程中，F(xiàn)L為HSC/MPP的發(fā)育提供了一個(gè)支持性的生態(tài)位，該研究使用CellPhoneDB構(gòu)建了一個(gè)HSC/MPP-生態(tài)位細(xì)胞相互作用網(wǎng)絡(luò)，來研究HSCs與其生態(tài)位組分動(dòng)態(tài)相互作用的方式，重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)生態(tài)位細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。

該研究使用E14.5的胚胎，沿背腹軸進(jìn)行了4個(gè)切片的10×VisiumST，聚焦于FL區(qū)。總共得到3791個(gè)獨(dú)立的FL區(qū)域spots。

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04HSCs/MPPs擴(kuò)增單位的鑒定

該研究將HSC/MPP定位點(diǎn)定義為intra-spots（表示關(guān)系最為密切），HSC/MPP包圍點(diǎn)定義為 inter-spots（表示關(guān)系第二密切）以及其他遠(yuǎn)端的點(diǎn)（表示幾乎沒有關(guān)系）。巨噬細(xì)胞在 intra-spots富集倍數(shù)為11.52， intra-spots富集倍數(shù)為1.31，EC在intra-spots富集倍數(shù)為1.62。此外，通過Stereo-seq分析了小鼠E13.5 FL ST數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞是一種重要的生態(tài)位細(xì)胞，與HSC/MPPs的關(guān)系最為密切。另外，該研究通過CellPhoneDB分析預(yù)測(cè)了交互信號(hào)的空間表達(dá)，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞和幾種生長(zhǎng)因子（包括MDK和PTN）高度富集。

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05生態(tài)位細(xì)胞促進(jìn)HSC/MPP擴(kuò)增的功能驗(yàn)證

為了確定巨噬細(xì)胞如何調(diào)節(jié)FL中HSC/MPP的擴(kuò)增，該研究首先在E14.5檢測(cè)了HSCs/MPPs和巨噬細(xì)胞之間的空間關(guān)系。通過免疫熒光分析顯示了巨噬細(xì)胞可能通過形成“口袋狀”結(jié)構(gòu)促進(jìn)HSC/MPP的擴(kuò)增。在功能上，巨噬細(xì)胞可以通過分泌MDK因子促進(jìn)HSC/MPP擴(kuò)增。

該研究進(jìn)行了生物信息學(xué)分析、免疫熒光成像和共培養(yǎng)分析，確定了EMP和HSC/MPP來源的巨噬細(xì)胞在支持HSC/MPP擴(kuò)增方面發(fā)揮著重要作用。

06小鼠和人類之間FL造血系統(tǒng)的跨物種分析

該研究還將該研究的scRNA-seq數(shù)據(jù)與最近發(fā)表的人類FL的scRNA-seq圖譜進(jìn)行了比較，分析了小鼠和人FL造血系統(tǒng)的保守性和差異性。揭示了小鼠和人類FL之間保守的細(xì)胞類型和造血分化途徑。

通過比較小鼠和人類FL HSC/MPP的轉(zhuǎn)錄組特征，發(fā)現(xiàn)小鼠和人類的生活環(huán)境不同，小鼠HSC/MPP可能對(duì)病原體引起的炎癥更具抵抗力，而人類HSC/MPP可能更容易受到輻射誘導(dǎo)的DNA損傷。說明，盡管總體上相似，但也存在對(duì)外部刺激的適應(yīng)性反應(yīng)的物種特異性機(jī)制。

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該研究使用scRNA-seq和ST（包括10×Visium和Stereo-seq）生成小鼠FL的時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜。揭示了HSCs/ MPPs的轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性，還破譯了HSC/MPP擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)和分子基礎(chǔ)?？傊?，該研究的研究報(bào)告了一個(gè)時(shí)空轉(zhuǎn)錄組藍(lán)圖，用于理解FL中HSCs/ MPPs的發(fā)展，并為HSCs/ MPPs的體外擴(kuò)增提供了有價(jià)值的見解。

來源：嘉因生物