毛囊干细胞龛的分子签名与信号相互作用

Molecular signatures and signaling interactions of the hair follicle stem cell niche

作者信息Sangeeta Ghuwalewala, Jenny Cao, Amelie Rezza, Martina Rangl, Adrian Kwiatkowski, Alexia Brown, Laura Grisanti, Nicholas Heitman, Markus Schober, Zichen Wang, Avi Ma'ayan, Axel A Almet, Maksim V Plikus, Michael Rendl
PMID41407191
发布时间2026-07
DOI10.1016/j.jid.2025.11.021

实验完整度

包含多细胞类型分选与转录组测序、免疫荧光验证、FISH验证、与15项已发表数据集的交叉比较以及CellChat细胞通讯分析等多个独立证据层级。

主要模型

小鼠背部皮肤毛囊 DP(毛乳头)细胞 BuSC(隆突干细胞) HGSC(毛芽干细胞)

重点核对

小鼠品系:K14-H2BGFP;Crabp1-GFP;Lef1-RFP 三转基因报告小鼠 细胞分选策略:FACS分选DP、BuSC、HGSC、DF、Epi、Foll和Neg七种细胞群体 转录组分析:每个样本约75百万读段的批量RNA-seq 毛囊周期阶段:P22第一周期毛囊,四个皮肤区域包含不同毛囊周期阶段 数据分析:RPKM ≥ 1且与其他群体相比差异倍数≥2的签名基因定义

摘要

毛乳头(DP)与毛芽(HGSCs)和隆突(BuSCs)中相邻干细胞之间的信号相互作用,调节着毛囊周期中的新毛发生长。为了研究这些相互作用,这三个群体曾被现已过时的微阵列技术共同分析,或通过批量RNA测序分别分析。最近的单细胞转录组学建立了DP、BuSCs和HGSCs的签名,但低检测灵敏度限制了基因表达发现的深度。在这里,我们通过对来自小鼠背部皮肤四个相邻区域的每一群体进行流式分选后,定义了DP、BuSCs、HGSCs、表皮细胞、毛囊细胞和真皮成纤维细胞的转录组,以更深入地了解SCs及其指导性龛的独特基因表达程序。通过对56个全转录组测量的交叉比较,我们以前所未有的灵敏度分类了细胞类型特异性的富集基因分子签名。与过去20年发表的15项领先研究的签名进行联合分析,揭示了小鼠和人类对应物中许多先前未描述的DP、BuSC和HGSC基因。通过配体-受体映射和CellChat分析,我们随后揭示了全面的细胞间通讯见解。最后,我们提供了我们的Hair-Gel数据库的新增内容,以及众多签名和其他基因表,以便轻松探索毛囊SCs及其龛中的基因表达。

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
本研究旨在通过高灵敏度转录组分析,同时研究毛囊干细胞(BuSCs、HGSCs)及其微环境(DP)在毛囊周期中的分子特征和细胞间通讯。
核心机制
DP与HGSCs和BuSCs之间的配体-受体相互作用,包括WNT、TGF-β、Hedgehog、FGF、BMP等信号通路,调节毛囊干细胞静息和激活。
主要证据
对从四个皮肤区域分选的七种细胞群体进行批量RNA-seq,定义了DP、BuSC和HGSC的核心和扩展分子签名;通过与15项已发表研究比较,发现新基因;通过配体-受体映射和CellChat分析,揭示了664个细胞间相互作用对。
研究意义
本研究提供了高分辨率的毛囊干细胞和微环境转录组图谱,并建立了名为Hair-GEL的开放获取数据库,为未来研究毛囊再生和脱发疾病提供了资源。

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

同时分离DP、BuSCs和HGSCs

建立一种可靠的方法,从同一小鼠背部皮肤中同时分离毛囊干细胞及其微环境细胞,用于后续转录组分析。

使用K14-H2BGFP;Crabp1-GFP;Lef1-RFP三转基因报告小鼠,通过FACS从P22背部皮肤分选DP(GFP+RFP+)、BuSC(GFP+CD34+)、HGSC(GFP+PCAD+)、DF(RFP+GFP-)、Epi(GFP+)、Foll(GFP+CD34-PCAD-)和Neg(标记阴性)七种细胞群体。

2

评估第一周期毛发生长再生波

验证沿小鼠背部皮肤从头到尾的毛发生长再生波的存在,并确定四个区域中的毛囊周期阶段,以指导后续分选和转录组分析。

通过免疫荧光染色检测KI67和活化Caspase-3,量化四个皮肤区域的毛囊周期阶段分布。

3

定义DP、BuSC和HGSC的分子签名

通过高灵敏度批量RNA-seq,定义毛乳头、隆突干细胞和毛芽干细胞的细胞类型特异性分子签名,并识别新的候选调控因子。

对四个区域分选的七种细胞群体进行批量RNA-seq,使用ANOVA鉴定差异表达基因,并通过RPKM和差异倍数定义每个细胞类型在每个区域的签名基因。

4

与其他已发表签名比较

通过与以往研究比较,验证本研究的签名,并识别新的、高置信度的DP、BuSC和HGSC基因。

将定义的DP、BuSC和HGSC扩展签名与来自15项已发表的小鼠和人类研究(微阵列、批量RNA-seq和单细胞RNA-seq)的签名进行交叉比较。

5

绘制细胞间通讯图谱

系统地预测毛囊干细胞和微环境之间的细胞间通讯,包括配体-受体相互作用和更广泛的信号通路。

首先使用Ramilowski数据库对签名基因进行配体-受体映射分析,然后使用CellChat对所有高表达基因(RPKM ≥ 20)进行无偏细胞间通讯分析。

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
荧光激活细胞分选----
CD34抗体eBiosciences14034185
PCAD抗体R&D SystemsBAF761
KI67抗体eBiosciences13569880
CASP3抗体R&D SystemsAF835
AQP5抗体LSBioLS-C756566
DCC抗体R&D SystemsAF844-SP
Hoechst 33342Thermo Fisher--
徕卡DM5500Leica--
徕卡SP5 DMILeica--

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
细胞分选
小鼠品系、年龄、皮肤区域、FACS标记抗体和门控策略
阅读提示:Materials and Methods - Mice; 图1b-e; 方法部分关于FACS的描述
RNA-seq
文库制备方法、测序深度、生物学重复数、差异表达和签名基因的计算标准
阅读提示:Materials and Methods - RNA-seq; 图2a; 结果部分关于签名基因定义
数据比较
用于比较的已发表数据集及其签名生成方法
阅读提示:方法部分 - Signature gene lists for cross-comparison studies; 图3e, 4e, 5e
细胞通讯分析
配体-受体数据库版本、CellChat参数、RPKM阈值
阅读提示:方法部分 - Ligand-receptor analysis; CellChat analysis; 图6