為啥單細胞轉錄組總能發高分文章？

最新 06-27

當單細胞遇到轉錄組，影響因子就蹭蹭往上竄，這不，北京大學第三醫院喬傑教授課題組近期在《Cell stem cell》上發表了一篇文章。小板凳準備好，小編就要為您搬磚啦~

研究背景

胚胎生殖細胞（FGCs）是精子和卵細胞在胚胎期的前體細胞，其正常發育對於遺傳信息在親代與子代之間的穩定傳遞以及物種延續起著至關重要的作用。本研究運用單細胞轉錄組高通量測序技術對從妊娠4-26周的人類胚胎生殖細胞及其微環境細胞的單細胞進行轉錄組測序分析。

研究方法

研究結果

1. 人類胚胎生殖細胞及其微環境細胞的基因表達情況

本研究對2579個細胞進行了單細胞轉錄組測序，經過篩選後得到了2167個單細胞用於後續的分析，包含1490個FGCs和677個體細胞。採用t-SEN分析方法將2167個細胞分為17個細胞簇。根據特異性基因的表達模式，將細胞簇1-7歸為FGCs，8-16歸為相鄰體細胞，17可能為污染細胞簇。

圖1 單細胞類型鑒定

2. 雌性和雄性胚胎生殖細胞動態基因表達模式

研究發現雌性胚胎生殖細胞經歷四個關鍵的發育時相：1）有絲分裂階段、2）視黃酸信號響應階段、3）減數分裂前期階段、4）原始卵泡生成階段。通過差異表達分別鑒定出693,228,1159和950個差異表達的基因，並對這些基因進行了GO富集分析。發現視黃酸信號通路（AR signaling-responsive）對於生殖細胞進入減數分裂至關重要。合成視黃酸的基因RDH10在雌性生殖細胞中的表達水平明顯高於雄性生殖細胞，降解視黃酸的基因CYP26A1在視黃酸信號響應階段和減數分裂前期的雌性生殖細胞中上調錶達。該研究表明視黃酸的快速合成與及時降解之間的動態平衡對雌性生殖細胞進入減數分裂起重要調控作用。

通過t-SNE和層次聚類分析表明雄性FGCs可以明顯分為三個階段類型：1） FGCs遷移階段、2）有絲分裂階段、3）有絲分裂阻滯階段。分析細胞周期阻滯相關基因的表達情況發現，NANOS2等基因對雄性生殖細胞進入有絲分裂阻滯階段可能起關鍵調控作用。

圖2 人類雌性胚胎生殖細胞動態基因表達模式

3. 性腺中FGCs微環境細胞的基因表達模式

本研究鑒定出了人類胚胎雌性性腺中的4種關鍵類型的微環境細胞：性腺內皮細胞、早期顆粒細胞、晚期顆粒細胞、以及壁顆粒細胞。同時鑒定出了人類胚胎雄性性腺中的4種關鍵類型的微環境細胞：性腺內皮細胞、支持細胞、間質前體細胞、以及成熟間質細胞。並鑒定了這8種性腺微環境細胞的轉錄特徵、表面標記、信號通路以及核心轉錄因子。

圖3 雌性性腺體細胞的動態基因表達模式

4. FGCs發展過程中的轉錄因子調控網路

利用ARACNe分析了1568個已知的轉錄因子。結果發現ZNF208，YBX1和ZNF791基因在雌性FGCs的有絲分裂階段中可能發揮著關鍵作用，而HES6等在FGCs視黃酸響應途徑中是調節基因表達的首要候選基因。此外，LHX8等可能參與調節了FGCs減數分裂前期的發育，而FIGLA等可能參與到FGCs卵子發生階段的調控網路中。這些候選轉錄因子可能是胎兒生殖細胞中基因調控網路的關鍵樞紐。

圖4 雌性胚胎生殖細胞發育階段主要調節因子預測

5. FGCs和性腺微環境細胞中的信號通路分析

KEGG富集分析表明轉化因子（TGF-b）信號通路參與調控雌性FGCs視黃酸響應途徑、減數分裂前期和原始卵泡發生階段，同時也參與到雄性有絲分裂阻滯階段。BMP信號通路可能在雄性FGCs進入減數分裂過渡期起關鍵作用。此外，該研究發現在同一個胚胎中的早期階段生殖細胞與晚期階段生殖細胞之間通過NORDAL等信號通路相互作用，共同維持二者之間的動態平衡。

結論

本研究通過單細胞轉錄組測序鑒定出了人類雌性胚胎生殖細胞經歷的四個關鍵發育階段以及人類雄性胚胎生殖細胞經歷的三個關鍵發育階段。同時預測了雌性和雄性胚胎中四種關鍵類型的微環境細胞中的轉錄因子調控網路，為生殖細胞相關疾病的診斷和治療提供了線索。

參考文獻

Li L, Dong J, Yan L,et al. Single-Cell RNA-Seq Analysis Maps Development of Human Germline Cells and Gonadal Niche Interactions. [J].Cell stem cell, 2017, 20:858–873.e4

轉錄調控業務線韓蘭蘭丨文案

王迪丨編輯

配圖來源於網路，侵刪

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