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10x案例解析 | 单细胞测序分析细胞重编程过程，重建细胞发育分化轨迹
发布日期：2019-08-26浏览： 次
几种转录因子混合物使各种体细胞类型成功重编程为不同神经递质表型的诱导神经元（induced neurons, iN）。然而，驱动重编程轨迹朝向不同诱导神经元类型的中间状态的性质在很大程度上是未知的。
 
作者通过强制表达Ascl1和Sox2，重建成人大脑周细胞直接向iNs谱系转化的轨迹。深入研究初始细胞群的异质性对成功重编程细胞的贡献。通过识别具有不同重编程能力的细胞，重建细胞发育分化轨迹，从而在成功的转换过程中发现细胞分化的中间状态。研究由德国美因茨大学医学中心完成，发表于2018年7月Nat Neurosci. (IF: 19.912)。
 
 
 
核心技术
 
高通量单细胞转录组平台：10x Chromium™
低通量单细胞转录组平台：Fluidigm C1
器官/细胞类型：重编程周细胞
 
研究方法
 
 
主要内容
 
1. Ascl1与Sox2协同诱导周细胞重编程，使周细胞内的神经元基因表达
 
利用Bulk RNA-seq和scRNA-seq技术检测：单一转录因子或联合转录因子诱导后与control相比对周细胞基因表达程序的影响差异（2 dpi vs control，7 dpi vs control），结果表明Ascl1与Sox2协同诱导显著改变了基因的表达，诱导表达了大量与神经发生相关的基因。
 
2. 周细胞异质性和重编程能力
 
  scRNA-seq分析显示，发现两群初始周细胞，具有不同的基因表达富集，在转录组和蛋白组呈现一致。重编程能力存在明显差异：
 
• 只有一组可以重编程，将周细胞成功重编程为不同神经递质表型的诱导神经元（iN）
 
​• 另一组可独特编程下丘脑神经元但缺乏其他神经元编程能力
 
3. 拟时轨迹分析周细胞重编程过程
 
通过拟时轨迹分析，重建可编程的周细胞发展为iNs的轨迹：
 
• 周细胞marker基因逐渐被下调
 
• 开关基因（调控细胞信号通路）：早期上调→后期下调
 
• 与获得神经元命运相关的基因逐渐上调
 
• 转录组水平的基因表达特征与实时成像下的细胞形态特征相符
 
 
 
4. 信号通路调节神经细胞干性和分化方向
 
抑制和阻断BMP信号转导，促进重编程和神经元成熟：
形态学变复杂，细胞体积变大
 
• 大多数AS和ASD iNs表现出前脑gaba能神经元表达程序（DLX基因家族）
 
• “开关基因”神经干细胞样基因瞬时表达，神经干细胞样程序被瞬时激活，在谱系分叉前发生并停止
 
• “开关基因”在可重编程周细胞到iNS细胞之间发生表达；
 
• 在另外一组周细胞中“开关基因”不表达（表明神经干细胞样状态的获得在周细胞重编程到iNS的过程中至关重要）。
 
 
 
研究结论
 
1. 为iN重编程的生物学基础提供了新的见解，阐明了Ascl1和Sox2这两种转录因子在生成不同的神经元亚型方面的协作能力，这种协作在人类大脑发育过程中可能是相关的。
2. 作者鉴定了iN重编程期间的细胞中间产物和谱系分叉的分子程序，这为改善人脑常驻细胞向治疗相关细胞类型的谱系转换提供了途径。
 
参考文献
Karow M, Camp JG, Falk S, et al. Direct pericyte-to-neuron reprogramming via unfolding of a neural stem cell-like program. Nat Neurosci. 2018 Jul;21(7):932-940. doi: 10.1038/s41593-018-0168-3.
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