2022年9月5日和8日，北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司合作南通大學(xué)神經(jīng)再生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位在?Journal of Biological Chemistry?和?PLOS Genetics?上發(fā)表了利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究斑馬魚脊髓及小鼠脊髓的相關(guān)報(bào)道。

本研究中 10x 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序由北京博奧晶典生物技術(shù)有限公司提供。下面我們分別來(lái)看下這兩篇文章吧~

01文章一

研究背景

脊髓性肌萎縮癥（SMA）是一種由 SMN 蛋白功能喪失引起的神經(jīng)退行性疾病。盡管 SMA 的特征是脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的退化，但這些研究尚未確定 SMA 脊髓中的哪些細(xì)胞類型引發(fā)了疾病，或者這些細(xì)胞類型經(jīng)歷了什么樣的轉(zhuǎn)錄組變化。

研究路線

單細(xì)胞測(cè)序相關(guān)結(jié)果

1.?嚴(yán)重 SMA 小鼠脊髓與健康對(duì)照脊髓單細(xì)胞圖譜

細(xì)胞分群圖，共獲得來(lái)自 SMA 組的 13268 個(gè)細(xì)胞和來(lái)自健康對(duì)照組的 8887 個(gè)細(xì)胞，降維得到 29 個(gè) cluster，定義為 10 種細(xì)胞類型；星形膠質(zhì)細(xì)胞（簇0）、小膠質(zhì)細(xì)胞、OPC、COP、OL、神經(jīng)元、室管膜細(xì)胞、血管細(xì)胞、血細(xì)胞和雪旺細(xì)胞。其中 OPCs 最豐富，占總細(xì)胞的 22.97%，而神經(jīng)元的比例最低，占總神經(jīng)元的 0.46%。SMA 和對(duì)照小鼠之間的總細(xì)胞比例沒(méi)有觀察到顯著差異。SMA 小鼠的神經(jīng)元和室管膜細(xì)胞比例略高于對(duì)照小鼠，SMA 小鼠的血細(xì)胞比例略低于對(duì)照小鼠。表達(dá) Meg3、Tub3 和 Snhg11 的神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量太少，無(wú)法確定這是否是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。這種單細(xì)胞懸浮的方法可能導(dǎo)致神經(jīng)元丟失。

2.?嚴(yán)重 SMA 小鼠脊髓與健康對(duì)照脊髓差異基因分析

細(xì)胞大多數(shù)細(xì)胞類型中，檢測(cè)到約 5000–7000 個(gè)基因，值得注意的是，在血細(xì)胞以外的細(xì)胞類型中，下調(diào)基因的數(shù)量顯著高于上調(diào)基因的數(shù)量，這與 bulk RNAseq 的結(jié)果一致。神經(jīng)元的差異基因最多，但倍數(shù)變化很小。接下來(lái)，對(duì) bulk RNAseq??和單細(xì)胞測(cè)序每種細(xì)胞類型中 DEG 進(jìn)行 GO 的 BP 富集分析，結(jié)果顯示這些非神經(jīng)元細(xì)胞的大多數(shù) GO term 與細(xì)胞膜或細(xì)胞外基質(zhì)有關(guān)，這意味著 SMA 脊髓中的細(xì)胞通訊發(fā)生了改變。接下來(lái)，我們對(duì)從 scRNA-seq 和 bulk RNAseq 獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞類型中很少出現(xiàn) DEG，這表明 SMN 缺乏導(dǎo)致不同細(xì)胞類型中不同的基因表達(dá)發(fā)生了變化。

3.?SMN 缺乏對(duì)不同細(xì)胞類型的影響是異質(zhì)的

使用 CellChat 分析了對(duì)照組和 SMA 小鼠脊髓細(xì)胞之間的通信網(wǎng)絡(luò)。SMA 小鼠脊髓中的總細(xì)胞-細(xì)胞接觸相互作用（CCI）顯著減弱。OPCs、COP 和星形膠質(zhì)細(xì)胞是強(qiáng)度降低最多的細(xì)胞類型，而小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量降低最多。OPCs、COP 和神經(jīng)元之間的 CCI 受影響最大。另外，SMA 小鼠脊髓中的分泌信號(hào)相互作用（SSI）也顯著降低，其中血管、OPCs 和星形膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用次數(shù)減少最為顯著，OPCs COP 和星形膠質(zhì)的相互作用強(qiáng)度減少最為明顯。在 SMA 中，SSI 的數(shù)量和強(qiáng)度在大多數(shù)細(xì)胞類型中減少，但在小膠質(zhì)細(xì)胞中增加，這可能與先前報(bào)道的小膠質(zhì)細(xì)胞的激活有關(guān)。

4.?鑒定 subcluster 及差異基因

對(duì)星膠、小膠、少突、血管細(xì)胞及室管膜細(xì)胞進(jìn)行 recluste，并比較了 SMA 和對(duì)照小鼠中每個(gè)細(xì)胞亞型的 DEG，結(jié)果顯示 Vas-2 具有 1362 個(gè) DEG，顯著高于其他亞型，這意味著 Vas-2 是 SMA 小鼠脊髓中最嚴(yán)重缺陷的細(xì)胞亞型。此外 MG-5、OL-5、OL-10 和 Vas-3 也含有大量 DEG。

5.?SMA 脊髓中膠質(zhì)細(xì)胞亞型基因表達(dá)的改變

盡管 MG-5 在小膠質(zhì)細(xì)胞亞群中具有最多的 DEG，但 DEG 變化的倍數(shù)和 p 值均不顯著。功能分析表明，SMA 中 MG-5 的下調(diào)基因主要與免疫系統(tǒng)反應(yīng)、翻譯和 RNA 剪接相關(guān)，而上調(diào)基因在功能上不顯著。OL-5 是具有最多 DEG 的 OL 譜系亞型，其中最重要的是 Apoe 和 Fabp7。DEG 的 BP 分析表明，下調(diào)的 DEG 主要與蛋白質(zhì)合成有關(guān)，而上調(diào)的 DEG 則主要富集于髓鞘形成相關(guān)通路。一致地，DEG 的細(xì)胞成分分析表明，下調(diào)和上調(diào)的基因主要分別定位于核糖體和髓鞘。對(duì) SMA 和對(duì)照小鼠的 OL 譜系進(jìn)行了擬時(shí)間分析，發(fā)現(xiàn) SMA 的 OL-5 在軌跡上比對(duì)照小鼠更成熟，這與 BP 分析的結(jié)果一致。

6.?SMA 脊髓血管周圍成纖維細(xì)胞亞群顯著減少

SMA 中的 Vas-2 亞群數(shù)量顯著減少，且大多數(shù)成纖維細(xì)胞標(biāo)記物在 Vas-2 中下調(diào)，如 Col3a1、Col1a1、Dcn 和 Fn1。差異表達(dá)倍數(shù)最大的基因是 Col3a1，其下調(diào)了近 4 倍。此外，編碼血管生成調(diào)節(jié)因子 Chemerin 的基因 Rarres2 在該細(xì)胞亞群中下調(diào)超過(guò) 2 倍。值得注意的是，在 Vas-2 和 Vas-3 成纖維細(xì)胞亞型中顯著改變的這些 DEG 略有重疊，再次表明 SMN 缺乏的影響是細(xì)胞類型特異性的。用免疫熒光來(lái)確定脈管系統(tǒng)細(xì)胞的變化，發(fā)現(xiàn)血管和成纖維細(xì)胞標(biāo)記幾乎共定位，表明血管內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞以空間和功能相關(guān)的方式共存，觀察到所有細(xì)胞類型和整個(gè)組織中能量代謝或蛋白質(zhì)合成途徑的下調(diào)，這可能是由于血管缺陷導(dǎo)致的缺氧環(huán)境。

全文結(jié)論及意義

本研究提供了 SMA 的第一個(gè)單細(xì)胞圖譜。通過(guò) scRNA-seq，我們鑒定了 SMA 脊髓每種細(xì)胞類型和亞型的疾病特異性 DEG，并發(fā)現(xiàn)血管成纖維細(xì)胞數(shù)量的下降在單細(xì)胞水平上最為明顯。這些先前未報(bào)道的發(fā)現(xiàn)為 SMA 的發(fā)病機(jī)制提供了新的線索。

02文章二

研究背景

pMN 結(jié)構(gòu)域是腹側(cè)脊髓中的限制性結(jié)構(gòu)域，由 olig2 基因的表達(dá)定義。雖然已知 pMN 祖細(xì)胞可以依次產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞，但這些祖細(xì)胞的譜系存在爭(zhēng)議，其后代是如何產(chǎn)生的還不清楚。

研究路線

全文結(jié)論及意義

通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄因子 myt1（髓磷脂轉(zhuǎn)錄因子1）和內(nèi)核膜整合蛋白 lbr（層粘連蛋白 B 受體）的表達(dá)分別對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的發(fā)育和神經(jīng)祖細(xì)胞的維持至關(guān)重要。本研究不僅將提供對(duì)先前關(guān)于少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元譜系分析的發(fā)現(xiàn)的深入理解，還將有助于進(jìn)一步理解神經(jīng)祖細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變中涉及的分子程序。

參考文獻(xiàn)

1. Sun J, Qiu J, Yang Q, Ju Q, Qu R, Wang X, et al. (2022) Single-cell RNA sequencing reveals dysregulation of spinal cord cell types in a severe spinal muscular atrophy mouse model.?PLoS Genet?18(9): e1010392. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010392.2. Xing L, Chai R, Wang J, Lin J, Li H, Wang Y, Lai B, Sun J, Chen G. Expression of myelin transcription factor 1 and lamin B receptor mediate neural progenitor fate transition in the zebrafish spinal cord pMN domain. J Biol Chem. 2022 Oct;298(10):102452. doi: 10.1016/j.jbc.2022.102452. Epub 2022 Sep 5. PMID: 36063998; PMCID: PMC9530849.