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

生信技能树jimmy

发布于 2021-02-12 16:57:00

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文章被收录于专栏：单细胞天地

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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

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。

2.E13.5-E16.5真皮细胞的命运决定

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。

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。

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）。

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

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。

讨论

本文

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。
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。