10x Genomics單細胞轉(zhuǎn)錄組2020年3月文章集錦

發(fā)稿時間：2020-04-27來源：天昊生物

 

2020年3月份10x Genomics平臺單細胞轉(zhuǎn)錄組文章共計42篇（數(shù)據(jù)來源于10x官網(wǎng)），我們精選其中10篇文章總結(jié)了研究內(nèi)容供大家閱讀，文末匯總了其它文章的相關(guān)信息。

 

（一）

DNA甲基化的干擾重塑了造血分化圖譜

DNA甲基化相關(guān)基因突變(DNAme；例如TET2和DNMT3A)在血液系統(tǒng)惡性腫瘤和克隆造血中經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)。將單細胞測序應(yīng)用于小鼠造血干細胞和祖細胞，結(jié)果觀察到這些突變破壞了造血分化，導(dǎo)致Tet2或Dnmt3a缺失后紅細胞與骨髓單核祖細胞的頻率發(fā)生相反的變化。值得注意的是，這些變化可以追溯到未定向造血干細胞轉(zhuǎn)錄啟動的傾斜(skews)。為了使全基因組的DNAme改變與特定的紅細胞對骨髓單核細胞的傾斜相一致，研究提供了證據(jù)支持轉(zhuǎn)錄因子的差異敏感性是由于它們的結(jié)合基序(motif)中存在CpG富集的偏差。具有靶向基因分型的單細胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)顯示在DNMT3A突變的人類克隆造血骨髓祖細胞的轉(zhuǎn)錄啟動中表現(xiàn)出類似的傾斜。這些數(shù)據(jù)表明，DNAme塑造了造血分化的拓撲圖，并支持這一個模型：在該模型中，全基因組甲基化的變化通過轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序CpG富集的偏倚被轉(zhuǎn)換到分化的傾斜。

實驗設(shè)計及單細胞RNA測序數(shù)據(jù)的整合和聚類分析

（二）

 

MicroRNA-146a調(diào)節(jié)由免疫檢查點抑制劑引起的免疫相關(guān)不良反應(yīng)

免疫檢查點抑制劑(ICI)治療已顯示出在治療各種癌癥的顯著優(yōu)勢。然而，與免疫相關(guān)的不良反應(yīng)(irAEs)頻繁發(fā)生，會導(dǎo)致ICI治療終止。MicroRNA-146a (miR-146a)在免疫細胞中具有調(diào)節(jié)功能。研究觀察到，在2種不同的小鼠模型中，與WT小鼠相比，缺乏miR-146a的小鼠在幾種irAE靶器官中產(chǎn)生了明顯更嚴重的irAE。在ICI處理后，miR-146a^-/-小鼠T細胞活化和效應(yīng)功能增強。此外，在經(jīng)ICI處理的miR-146a^-/-小鼠中，脾臟和炎癥腸中的中性粒細胞數(shù)量顯著增加。miR-146a模擬藥物治療可減輕irAE嚴重程度。為了在患者中驗證本研究的臨床前發(fā)現(xiàn)，進而分析了MIR146A基因中的SNP對167例ICIs治療患者irAE嚴重程度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致miR-146a表達減少的SNP rs2910164與發(fā)生嚴重irAEs的風(fēng)險增加、無進展生存期減少以及在基線和ICI治療期間中性粒細胞計數(shù)增加相關(guān)?？傊?，研究發(fā)現(xiàn)miR-146a是預(yù)防ICI介導(dǎo)的自身免疫失調(diào)的一個分子靶點。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)了MIR146A SNP rs2910164作為預(yù)測ICI治療患者嚴重的irAE發(fā)展的生物標(biāo)志物。

 

（三）

 

ACE2在人心臟中的表達提示了SARS-CoV-2感染患者心臟損傷的新的可能機制

一種新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起的新型肺炎最近在中國爆發(fā)，并蔓延到許多其他國家。該疾病命名為COVID-19，與SARS-CoV、MERS-CoV感染患者相似，近20%患者病情嚴重。心臟損傷是重癥患者常見的并發(fā)癥，加重了冠狀病毒(COVID-19)患者的病情嚴重程度。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)是SARS-CoV-2的關(guān)鍵宿主細胞受體，已在多個器官中發(fā)現(xiàn)，但其在人心臟中的細胞分布尚不清楚。本研究首次對成人心臟進行了最新的單細胞圖譜分析，發(fā)現(xiàn)高表達ACE2的周細胞可能是SARS-CoV-2的靶心肌細胞。病毒感染引起的周細胞損傷可導(dǎo)致毛細血管內(nèi)皮細胞功能障礙，引起微血管功能障礙?；A(chǔ)型心衰患者的ACE2 mRNA和蛋白水平均顯示出表達增高，這意味著如果感染病毒，這些患者可能有更高的心臟病發(fā)作和危重癥的風(fēng)險。本研究的發(fā)現(xiàn)解釋了患有基本的心血管疾病COVID-19患者中嚴重病例的高發(fā)生率，這些結(jié)果也可能為嚴重感染SARS-CoV-2的心臟損傷患者的臨床治療提供重要參考。

 

（四）

 

利用匯總統(tǒng)計(summary statistics)整合差異表達和基因集富集分析進行scRNA-seq研究

差異表達(DE)分析和基因集富集(GSE)分析常用于單細胞RNA測序(scRNA-seq)研究中。本研究開發(fā)了一個整合的和可擴展的計算方法，iDEA，通過一個層次貝葉斯框架進行聯(lián)合DE和GSE分析。通過整合DE和GSE分析，iDEA可以提高DE分析的能力和一致性，并且提高GSE分析的準(zhǔn)確性。重要的是，iDEA只使用DE 匯總統(tǒng)計信息進行輸入，通過補充和配對現(xiàn)有的各種DE方法來實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)建模。本研究用大量的模擬來說明iDEA的優(yōu)勢。還應(yīng)用iDEA來分析三個scRNA-seq數(shù)據(jù)集，其中iDEA實現(xiàn)了比現(xiàn)有GSE方法多五倍的增益，比現(xiàn)有DE方法多64%的增益。iDEA帶來的增益使我們能夠識別出許多現(xiàn)有方法無法識別的通路。

 

 

（五）

 

IRE1α缺失誘導(dǎo)的β細胞去分化可預(yù)防1型糖尿病

免疫介導(dǎo)的胰島素生成β細胞的破壞導(dǎo)致1型糖尿病(T1D)。然而，對β細胞在疾病過程中如何參與自身的破壞知之甚少。本研究報道了在非肥胖糖尿病(NOD)小鼠β細胞中，通過在發(fā)生胰島炎(insulitis)之前敲除未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)傳感器IRE1α來調(diào)節(jié)UPR，誘導(dǎo)了β細胞的瞬時去分化，導(dǎo)致胰島免疫細胞浸潤和β細胞凋亡顯著減少。對未成熟β細胞的單細胞和全胰島轉(zhuǎn)錄組分析顯示，β細胞自身抗原和MHC I類成分的表達明顯減少，免疫抑制標(biāo)記物的表達上調(diào)。IRE1α缺陷小鼠胰腺中細胞毒性CD8+ T細胞明顯減少，總T細胞過繼轉(zhuǎn)移在Rag1^-/-小鼠中未誘發(fā)糖尿病。這些結(jié)果表明在發(fā)生胰島炎之前，誘導(dǎo)β細胞去分化可以使這些細胞逃脫免疫介導(dǎo)的破壞，并可作為T1D高危人群的一種新的預(yù)防策略。

 

（六）

 

單核RNA測序顯示再生和非再生心肌細胞損傷的動態(tài)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)

成年哺乳動物的心臟在受傷后不能再生。相比之下，新生小鼠的心臟可以在出生后的第一周內(nèi)有效地再生。介導(dǎo)再生反應(yīng)的分子機制及其在后期生活中的阻滯作用尚不清楚。本研究通過單核RNA測序繪制了健康、損傷和再生小鼠心臟中5個不同心肌細胞群的動態(tài)轉(zhuǎn)錄圖譜。結(jié)果鑒定出未成熟的心肌細胞，它們在受傷后進入細胞周期，隨著心臟失去再生能力而消失。這些增殖的新生心肌細胞在核轉(zhuǎn)錄因子Y亞基α(NFYα)和NFE2L1轉(zhuǎn)錄因子的作用下（其分別發(fā)揮增殖和保護功能），表現(xiàn)出獨特的轉(zhuǎn)錄程序。這兩種因子的心臟過表達可保護成熟小鼠心臟免受缺血性損傷，否則無法再生。這些發(fā)現(xiàn)促進了我們對新生心臟再生的細胞基礎(chǔ)的理解，并揭示了損傷后心臟修復(fù)的轉(zhuǎn)錄圖譜。

 

（七）

 

上皮性Vegfa在小鼠肺中特化出一個獨特的內(nèi)皮細胞群

肺微血管是氣體交換所必需的，通常認為是均質(zhì)的。本研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠肺中上皮細胞的VEGFA對于一類不同的內(nèi)皮細胞(EC)群是必需的。Vegfa主要由肺泡1型(AT1)細胞表達，局部對于一類ECs的特化是需要的。單細胞RNA測序(scRNA-seq)表明大約15%的肺ECs轉(zhuǎn)錄是不同的—由Car4所標(biāo)記—并且在bulk ECs中出現(xiàn)，軌跡分析也證實了這一結(jié)果。Car4 ECs具有廣泛的細胞預(yù)測，通過有限的基底膜與AT1細胞分離開，沒有中間的周細胞。Car4 ECs在上皮Vegfa缺失時特異性消失；沒有Car4 ECs，盡管肌成纖維細胞外觀正常，肺泡腔卻異常增大。肺Car4 ECs和視網(wǎng)膜末梢ECs具有相同和不同的特征。這些發(fā)現(xiàn)支持AT1細胞的信號作用，并解釋了肺泡形成。

 

 

（八）

CD8+ T細胞可塑性調(diào)控2型糖尿病中血管再生

在本研究中，觀察到2型糖尿病(T2D)患者和小鼠的缺血組織中CD8+ T細胞明顯多于各自的正常血糖對照。然而，CD8+ T細胞在糖尿病血管并發(fā)癥發(fā)病機制中的作用研究較少。

方法：本研究使用非溶性抗CD8抗體在小鼠模型中進行功能喪失研究，該抗體可阻止CD8+ T細胞組織浸潤到損傷組織中。還對CD8+ T細胞進行了全基因組范圍的單細胞RNA測序，以揭示其在糖尿病血管疾病發(fā)病機制中的作用。

結(jié)果：損傷后患者和小鼠缺血組織中CD8+ T細胞的數(shù)量與血管密度呈負相關(guān)。CD8+ T細胞或其上清液可直接損傷人和小鼠的血管生成。與損傷后血管能夠再生的正常血糖小鼠相比，T2D小鼠無法實現(xiàn)這一再生過程中。CD8檢查點抑制抗體治療可增加Lepr^db/db小鼠和飲食誘導(dǎo)的糖尿病Cdh5-Cre、Rosa-YFP譜系示蹤小鼠缺血損傷后內(nèi)皮細胞的增殖和功能。此外，單細胞轉(zhuǎn)錄組分析顯示，T2D小鼠的CD8+ T細胞在損傷后表現(xiàn)出新生細胞命運的改變：在損傷后從血管生成的、組織駐留的記憶細胞向效應(yīng)細胞和效應(yīng)記憶細胞轉(zhuǎn)變。CD8檢查點抑制的功能血管再生是通過釋放來自T2D小鼠的CD8+ T細胞的這種平衡譜系承諾來介導(dǎo)的。

結(jié)論：本研究結(jié)果顯示CD8+ T細胞可塑性調(diào)控血管再生；并為針對與肥胖和糖尿病相關(guān)的血管疾病的免疫治療的潛在發(fā)展提供臨床相關(guān)的見解。

 

 

（九）

 

肝臟疾病的多組學(xué)方法：將人肝臟的單核轉(zhuǎn)錄組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)和HiCap細胞群數(shù)據(jù)整合

肝臟是最大的實體器官，也是主要的代謝中樞。近年來，完整的細胞核被用來對難以解離的組織和快速凍存的組織樣本進行單核RNA-seq (snRNA-seq)，以發(fā)現(xiàn)未知和罕見的細胞亞群。這項研究對肝臟樣本進行snRNA-seq分析，以識別基于核轉(zhuǎn)錄組學(xué)的細胞亞群。在4282個單細胞核中，平均檢測到1377個活躍基因，并確定了7種主要的細胞類型。研究整合了來自同一肝臟樣本的7682個啟動子的94,286個遠端相互作用的數(shù)據(jù)(p < 0.05)，這些數(shù)據(jù)來自于靶向染色體構(gòu)像捕獲技術(shù)(HiCap)和質(zhì)譜蛋白質(zhì)組學(xué)。利用組織獨立的基因特異性蛋白質(zhì)豐度評估因子，觀察到蛋白質(zhì)組學(xué)與模擬的bulk snRNA-seq (r = 0.47)之間存在合理的相關(guān)性。進一步專門研究了具有醫(yī)學(xué)重要性的基因。DPYD基因參與了氟嘧啶毒性的藥物遺傳，并對其部分變異進行了臨床分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一個新的多態(tài)調(diào)控元件，它可能導(dǎo)致毒性的變化。肝細胞癌(HCC)是最常見的原發(fā)性肝癌類型，研究了所有已知的風(fēng)險基因。進而發(fā)現(xiàn)了SLC2A2基因和16個候選增強子的復(fù)雜的調(diào)控圖譜。在全基因組泛癌分析數(shù)據(jù)集中，其中3種存在體細胞基序斷裂和其他突變，可能導(dǎo)致惡性腫瘤。這一研究結(jié)果強調(diào)了多組學(xué)方法在人類疾病研究中的潛力。

 

 

（十）

 

肝損傷后肝血竇相關(guān)細胞的轉(zhuǎn)錄動態(tài)

背景和目的：肝竇細胞是已知的應(yīng)對損傷纖維化反應(yīng)的細胞。激活的肝星狀細胞(HSCs)、肝竇內(nèi)皮細胞和Kupffer細胞負責(zé)竇狀毛細血管化和竇周基質(zhì)沉積，破壞血管交換并增加晚期纖維化的風(fēng)險。雖然整個發(fā)病機制已被很好地理解，但纖維形成過程中細胞轉(zhuǎn)變之間的功能關(guān)系才剛剛開始得到解決。在單細胞分辨率下，本研究探討了單個細胞類型的異質(zhì)性，并分析了它們在纖維形成過程中的轉(zhuǎn)變和相互作用。

方法和結(jié)果：應(yīng)用單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法來繪制健康肝和損傷肝中肝竇相關(guān)細胞的異質(zhì)性，并重建從周細胞到肌成纖維細胞的單細胞HSC軌跡。通過激活狀態(tài)對每個肝竇細胞群進行分層，并預(yù)測了損傷后肝竇交流的變化。通過對HSC軌跡的加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)核心基因的表達對NASH患者的晚期纖維化具有高度的預(yù)測作用。在損傷抑制基因模塊的核心成員中，確定了質(zhì)膜囊泡相關(guān)蛋白(PLVAP)是一種在小鼠和人HSCs細胞中充分表達的蛋白。PLVAP的表達在損傷后激活的HSCs中被抑制，因此可能確定HSCs在調(diào)節(jié)微循環(huán)交換及其在慢性肝病中迄今為止未知的作用。

結(jié)論：本研究提供了哺乳動物肝臟藥物性損傷的單細胞解決方案，并確定了可能在肝竇完整性中發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵基因，并作為人NASH中進展性纖維化的標(biāo)志物。