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单细胞转录组分析揭示胚胎毛囊发育过程中的真皮、表皮细胞命运

文章信息

文章题目:Single-cell Transcriptome Profiling reveals Dermal and Epithelial cell fate decisions during Embryonic Hair Follicle Development
期刊:Theranostics
发表时间:2020.10
DOI:10.7150/thno.44306

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摘要

本文分析方法比较简单,分析对象主要是E14.5,E16.5,P0小鼠皮肤细胞。选取的时间比较有代表性,分别是E13.5(诱导期)、E16.5(器官生成)胎儿小鼠和新生小鼠(细胞分化阶段,P0)的后层皮肤。分别对表皮、真皮细胞进行一套分析,伪时序细胞轨迹分析、转录调节子富集分析,辅以关键分子的免疫组织化学分析,揭示细胞的异质性和细胞类型命运决策的分子通路。

方法

1.获得单细胞

  • 每组细胞来自6个独立的胚胎。
  • E13.5,E14.5 样本,显微切割,0.25% trypsin,37 °C for 5 min
  • P0, 2 mg/ml collagenase IV,37 °C for 30 min

2.单细胞数据处理

  • 标准单细胞处理,GSE1314498
  • E13.5: 24,805细胞, E16.5: 7,250细胞 ,P0: 9,021 细胞

3.分析、SCENIC 分析

结果

1.细胞的异质性

使用已经报道的marker,做出以下聚类,简单绘制几个细胞群的marker。

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2.E13.5-E16.5真皮细胞的命运决定

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E13.5-E16.5 未分化的真皮和表皮细胞分别向DC、IFE和基质前体细胞分化(图A) 。拟时序分析真皮来源的细胞后,发现在毛囊形态发生阶段会发生两个不同的分支。其中分支点2主要由E16.5的细胞组成。分支点一主要由来自P0的细胞组成。

接着,研究重点放在分支点2上。对分支中的基因表达模式进行了差异分析及表征。

SCENIC 算法对DC细胞特化过程中的关键转录因子进行富集分析。Gli1,Hes1,Sox9, Foxd1, Foxp1,Sox18, Prdm1 Sox2等转录因子。

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3.不同类型的DP特化过程中拟时序分化轨迹

guard hair,awl hair,auchene hair三种毛囊的DP细胞称为G/AA-DP ,zigzag hair中称为ZZ-DP。对本研究中的各种DP 进行描述。下图,图b,不同群DP的差异基因通路富集。图c, branch3表达的基因。图d,将本研究得到的DP 与已经鉴定的DP特征基因比较。有重叠。

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4.表皮细胞向基质细胞及IFE细胞的命运分化

对于毛囊发生过程研究主要集中在真皮细胞系中,本文对表皮细胞进行分析。见下图。图B,表皮细胞系在毛囊发育过程中也出现两个分支。第一个分支由E16.5细胞组成,第二个分支由P0细胞组成。差异分析(图C),代表性分支特异性基因随拟时间的表达变化(图D)。皮肤组织中基因的表达情况(图E),SCENIC转录因子富集分析(图F)。

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5.基质细胞向毛干细胞及IRS细胞分化轨迹构建

图E,拟时间轨迹上比较类基因表达谱

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6.毛囊形态发生过程中配体-受体相互作用的预测。

对毛囊发育过程总的细胞与细胞间的互作信息进行初步预测。

E16.5阶段,基质细胞前体细胞、IFE细胞、DC细胞群体之间有较强的细胞交流。DC细胞中存在很强的自分泌调控作用。

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讨论

本文

  1. 主要解析了DC细胞的特化过程,并对DP细胞的异质性进行描述。阐述G/AA-DP 以及ZZ-DP之间的差异。G/AA-DP 特异性表达Sox18,Fgfr1,Gli1,Lef1,Notch1等基因。而ZZ-DP特异性表达Wnt9a,Notch1,Dlk1,S100b,Sod3等基因。
  2. 阐述了表皮细胞向基质细胞,IFE,以及后续基质细胞向IRS、毛干细胞命运决定的过程。


本文来源: 杰根妹妹 单细胞天地

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