单细胞转录组学揭示小鼠角膜的细胞异质性和复杂的细胞-细胞通讯网络

Single-Cell Transcriptomics Reveals Cellular Heterogeneity and Complex Cell-Cell Communication Networks in the Mouse Cornea

作者信息Yueh-Feng Wu, Nai-Wen Chang, Li-An Chu, Hsin-Yu Liu, Yu-Xian Zhou, Yun-Lin Pai, Yu-Sheng Yu, Chen-Hsiang Kuan, Yu-Ching Wu, Sung-Jan Lin, Hsin-Yuan Tan
PMID37792336
发布时间2023-10
DOI10.1167/iovs.64.13.5

实验完整度

高

包含scRNA-seq转录组分析、全组织免疫荧光空间定位和CellChat信号网络构建,多层次验证细胞异质性。

主要模型

C57BL/6小鼠角膜 角膜上皮细胞 角膜基质细胞(角膜细胞) 角膜内皮细胞

重点核对

小鼠品系:C57BL/6,8周龄 角膜采集数量:40个角膜(两个数据集各20个) 单细胞悬液制备:EDTA消化法改良,流式分选(FACSAria III) 测序平台:10x Genomics Single Cell 3'V1 chemistry,NovaSeq 6000 数据分析软件:Seurat(聚类)、CellChat(细胞通讯)

摘要

目的:生成小鼠角膜的单细胞RNA测序(scRNA-seq)图谱,并构建细胞间的通讯网络。方法:将C57BL/6小鼠角膜解离为单细胞并进行scRNA-seq。使用R包“Seurat”对细胞群体进行聚类和注释以进行生物信息学分析。通过全组织免疫荧光染色验证差异表达模式并进行空间定位。使用CellChat构建全局细胞间信号网络。结果:对来自40个角膜的14,732个细胞进行无偏聚类,揭示了17个细胞簇,分为六种主要细胞类型:九个上皮细胞簇、三个角膜细胞簇、两个角膜内皮细胞簇,以及免疫细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞各一个簇。九个上皮细胞亚型包括静止期角膜缘干细胞、瞬时扩增细胞和来自角膜的分化细胞,以及两个次要的结膜上皮细胞簇。CellChat分析提供了所有细胞类型之间复杂的细胞间信号通讯图谱。结论:我们构建了完整的角膜单细胞转录组图谱以及所有细胞类型之间的复杂信号串扰,可作为角膜进一步研究的基础图谱。这项研究也加深了对角膜内细胞异质性和异型细胞间相互作用的理解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
小鼠角膜中细胞类型和亚型的异质性以及细胞间通讯网络的组成和特征是什么?
核心机制
EGF、ncWNT和TGF-β等信号通路介导角膜各细胞类型间的通讯,参与维持角膜稳态和功能。
主要证据
基于scRNA-seq数据,鉴定出17个细胞簇,并通过免疫荧光验证了关键标记物的空间表达,CellChat分析构建了信号网络。
研究意义
提供了正常小鼠角膜的完整单细胞转录组图谱和细胞间通讯网络,为进一步研究角膜生理和病理提供基础,并有助于细胞再生医学的发展。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞RNA测序图谱构建

获得小鼠角膜所有细胞类型的转录组信息,鉴定细胞亚群。

取8周龄C57BL/6小鼠角膜,解离为单细胞,经流式分选后使用10x Genomics平台进行scRNA-seq。

2

数据聚类与注释

鉴定细胞类型和亚型,揭示异质性。

使用Seurat进行无偏聚类,基于已知标记基因注释细胞簇。

3

细胞亚型轨迹分析

推断细胞分化轨迹和细胞周期状态。

对上皮细胞亚型进行轨迹分析(slingshot、scVelo)和细胞周期评分。

4

标记物空间定位验证

验证转录组数据的空间表达,确认细胞亚型定位。

使用全组织免疫荧光染色,检测代表性标记蛋白在角膜中的分布。

5

细胞通讯网络分析

构建角膜内细胞间信号通讯网络,揭示功能异质性。

使用CellChat分析所有细胞簇间的配体-受体相互作用,评估信号网络。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
FACSAria IIIBD Bioscience--
10x Genomics 单细胞3'V1试剂盒10x Genomics--
NovaSeq 6000平台Illumina--
KERA抗体LSBioLS-B8216
Col14A1抗体Thermo Fisher ScientificPA5-49916
EGFL6抗体Biossbs-13062R
CCL2抗体BioLegend505911
CD109抗体Santa Cruz Biotechnologysc-271085
Col8A1抗体EpiGentekA62310-100
Krt15抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47697
Tetranectin抗体Abcamab202134
F4/80抗体Abcamab6640
CD31抗体Abcamab28364
GPA2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-390194
Krt12抗体Abcamab185627
Ki67抗体Thermo Fisher Scientificrm-9106s
SKAP抗体Santa Cruz Biotechnologysc-398914
PBK抗体Proteintech16110-1-AP
Krt14抗体Abcamab7800
Amphiregulin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-74501
Occludin抗体Thermo Fisher Scientific40-4700

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
组织获取
小鼠品系:C57BL/6;年龄:8周龄;来源:台湾国家实验动物中心
阅读提示:参见Methods: Tissue Preparation
单细胞分离
角膜数量:40个;消化方法:EDTA改良方案;细胞分选:FACSAria III,PI阴性门控;细胞活力:上机前99%
阅读提示:参见Methods: Isolation of Single Cells From the Mouse Cornea 和补充材料
单细胞RNA测序
平台:10x Genomics Single Cell 3'V1 chemistry;测序深度:~40,000 reads/细胞;文库浓度和片段大小:41.4 ng/µL,平均~495 bps
阅读提示:参见Methods: Single-Cell RNA Sequencing
数据分析和聚类
软件:Seurat;聚类数:17个簇;数据集整合参数
阅读提示:参见Methods: Single-Cell RNA Sequencing 和补充材料
免疫荧光验证
抗体列表、稀释比例和品牌(详见Table)
阅读提示:参见Table和Methods部分
细胞通讯分析
软件:CellChat;选择信号通路(如EGF、ncWNT、TGF-β)
阅读提示:参见Methods: CellChat Inference 和补充材料