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揭秘Science科研思路 |单细胞测序+蛋白质组学揭示调控蛋白的细胞来源

在单细胞水平上的多组学分析有助于识别和理解细胞类型和细胞亚群之间的差异从而了解生命的本质。同时结合蛋白质组学,还能进一步为揭示调控蛋白的细胞来源问题,深度阐述发病机制的异质性和复杂性问题。


近年来,已有不少采用“单细胞转录组+蛋白质组”结合的科研思路,本次我们挑选了5篇经典的研究案例,一起来看看吧。



案例一


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Human CNS barrier-forming organoids with cerebrospinal fluid Production. Science 2020,IF= 41.845


点评:转录组+蛋白质组绘制类器官特征,单细胞转录组揭示生成脑脊液关键蛋白的细胞亚型


脑脊液是一种重要的液体,提供营养物质、信号分子,并清除大脑中的有毒副产品。脑脊液由脉络丛(ChP)产生,脉络丛是一种保护性上皮屏障,也阻止血液自由进入。英国MRC的分子生物学实验室Madeline A. Lancaster研究团队建立了具有选择性屏障和自足隔室中CSF样液体分泌的人脉络丛(ChP)类器官。研究表明表明,这种体外屏障对小分子表现出与体内相同的选择性,并且ChP-CSF类器官可以预测新型化合物的CNS渗透性。ChP-CSF类器官的转录组学和蛋白质组学特征显示出与体内的高度相似性。最后,单细胞转录组学和蛋白质组学分析的交叉发现了以前未知的特化上皮亚型产生的关键人类CSF成分。


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(来源:Human CNS barrier-forming organoids with cerebrospinal fluid Production. Science 2020)




案例二


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Prioritizing Candidates of Post–Myocardial Infarction Heart Failure Using Plasma Proteomics and Single-Cell Transcriptomics. Circulation 2020,IF= 23.603


点评:血浆蛋白质组+单细胞转录组联合筛选生物标志物,并基于单细胞转录组数据揭示标志物对应的细胞来源问题。


心力衰竭为心肌梗死后常见的远期并发症。但心梗后心衰相关生物标志物的研究较少,相关预防及治疗方式也有限。新加坡国立大学永洛林医学院,新加坡基因组学研究所团队应用血浆蛋白质组学技术及转录组学技术分析心梗后30天内患者血浆蛋白质组及小鼠模型和人类心脏单细胞转录组学特征,筛选心梗后心力衰竭提供系列血浆蛋白生物标志物和潜在药物靶点,而其中大多数优先级高蛋白质来源于基质细胞。


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(来源:Prioritizing Candidates of Post–Myocardial Infarction Heart Failure Using Plasma Proteomics and Single-Cell Transcriptomics. Circulation 2020)




案例三


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An atlas of the aging lung mapped by single cell transcriptomics and deep tissue proteomics. Nature Communication 2020,IF=12.121


点评:

转录组+蛋白质组+单细胞转录组绘制肺衰老特征图谱,其中单细胞转录组测序预测了受调节蛋白质的细胞来源



衰老促进肺功能下降和对慢性肺部疾病的易感性,慢性肺部疾病是全球第三大死亡原因。德国亥姆霍兹慕尼黑研究所采用单细胞转录组+转录组学+蛋白质组学来量化30种细胞类型的细胞活动状态的变化,并绘制年轻和年老小鼠的肺蛋白质组图。


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研究表明,衰老导致转录噪声增加,表明表观遗传控制解除。同时在衰老的细胞类型中观察到特异性效应,发现2型肺细胞和脂肪成纤维细胞中胆固醇合成和中性脂质含量的增加,以及呼吸道上皮细胞的改变是肺衰老的标志。蛋白质组学分析揭示了老年小鼠的细胞外基质重塑,包括IV and XVI型胶原增加,弗雷泽综合征复合蛋白和XIV型胶原减少。衰老蛋白质组与单细胞转录组的整合预测了受调节蛋白质的细胞来源,并创建了衰老肺的无偏参考图。


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(来源:An atlas of the aging lung mapped by single cell transcriptomics and deep tissue proteomics. Nature Communication 2020)




案例四


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Integrated urine proteomics and renal single-cell genomics identify an IFN-γ response gradient in lupus nephritis. JCI Insight 2020,IF=6.205


点评:

尿液蛋白质组反映免疫激活度特征,辅助狼疮性肾炎患者分类。单细胞转录组揭示可能产生尿液中检测到的趋化因子的细胞来源


狼疮性肾炎是系统性红斑狼疮最严重的表现之一,其临床特征和病例特点在患者间具有异质性。然而目前的分类系统仅根据组织病理的形态学表现定义,该方法并不能反映不同狼疮性肾炎的肾内炎症状态差异。美国约翰霍普金斯大学医学院的研究团队分析了30名活跃期狼疮性肾炎患者尿液蛋白质组特征。研究表明,尿液蛋白质组反映免疫激活度特征,可辅助狼疮性肾炎患者分类,预测狼疮性肾炎中肾脏免疫浸润的细胞组成。肾脏组织单细胞转录组数据揭示主要产生IFN-γ的CD8+T细胞可能是促进尿液中免疫活化特征的关键细胞类群


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(来源:Integrated urine proteomics and renal single-cell genomics identify an IFN-γ response gradient in lupus nephritis. JCI Insight 2020)




案例五


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Multi-omics characterization of a diet-induced obese model of non-alcoholic steatohepatitis. Sci Rep 2020,IF=3.998


为了提高对非酒精性脂肪性肝炎(NASH)发生的复杂生物学过程的理解,丹麦南方大学研究团队采用转录组学、蛋白质组学和单细胞转录组测序相结合,用于表征组织学验证的饮食诱导肥胖(DIO) NASH小鼠的组织活检,并与进食对照进行比较。大规模转录组测序和蛋白质组学表明,每种技术除了发现的特定调节事件之外,此外在表型之间也观察到有明显的区别,并且mRNA和蛋白质水平的调节之间有很好的对应关系。基于转录组学的基因集富集分析揭示了与NASH关键临床表现相关的变化,包括脂质代谢受损、细胞外基质形成/重塑增加和促炎反应,而基于蛋白质组学的基因集富集分析精确定位了代谢途径的扰动。与单细胞RNA测序数据的整合确定了参与NASH发展的关键调节细胞类型,证明了NASH发病机制的细胞异质性和复杂性。


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(来源:Multi-omics characterization of a diet-induced obese model of non-alcoholic steatohepatitis. Sci Rep 2020)



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