单细胞分析揭示调控人类滋养层谱系分化的关键长链非编码RNA

Single-cell analysis reveals essential lncRNAs regulating human trophoblast lineage differentiation.

作者信息Weiyi Zhang, Chunyan Le, Shanru Yi, Wenqiang Liu, Xiaoyu Liu, Zhen Yin, Hong Wang, Rui Gao, Shaorong Gao, Jiayu Chen
PMID42051595
期刊Life Med
发布时间2026-04-17
DOI10.1093/lifemedi/lnag010

实验完整度

高

包含snRNA-seq多组学分析、hTSC体外敲低功能验证、类器官及小鼠体内模型,并验证表观机制(ChIP-qPCR)。

主要模型

人胎盘组织(早孕期及足月) 人滋养层干细胞(hTSC) 滋养层类器官(TOs) BALB/c裸鼠移植模型

重点核对

hTSC培养条件:IV型胶原蛋白包被、TSM培养基(含EGF、CHIR99021等)、5% O2 EVT分化条件:EVT培养基(含NRG1、A83-01、Y27632、KSR)、Matrigel添加 STB分化条件:STB培养基(含forskolin、KSR、Y27632)及时间点(Day 6) lncRNA敲低:shRNA慢病毒载体pLKO.1-TRC,puromycin筛选 ChIP-qPCR:H3K4me3、H3K27me3、H3K9ac抗体

摘要

人类胎盘通过复杂的滋养层谱系动态维持妊娠,这对胎儿发育和妊娠成功至关重要。虽然关于蛋白质编码基因(PCGs)的研究增进了我们对胎盘生物学的理解,但非编码RNA,特别是长链非编码RNA(lncRNAs),在滋养层谱系特化和功能中的调控作用仍然知之甚少。在此,我们描绘了人类胎盘发育过程中的单细胞lncRNA动态,揭示了不同的细胞类型和妊娠阶段特异性表达谱。综合分析表明,lncRNAs通过顺式作用调节靶基因调控区域的组蛋白修饰水平,从而调节对滋养层分化至关重要的关键基因的表达。通过体内和体外模型的功能研究充分确定了ECEL1P2–ALPP、SEMA3B–AS1–SEMA3B和MYCNUT/MYCNOS–MYCN作为驱动细胞滋养层自我更新、合体滋养层融合和上皮-间质转化的关键调控轴,这些对滋养层特性和功能至关重要。值得注意的是,病理妊娠中lncRNA–PCG对的失调强调了这些非编码网络的临床相关性。总之,我们的发现揭示了谱系特异性非编码调控的一个未被重视的层面,为胎盘发育及相关疾病提供了机制见解和潜在生物标志物。

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
lncRNAs在人类胎盘滋养层谱系特化和功能中是否发挥调控作用?
核心机制
lncRNAs通过顺式作用调节邻近蛋白质编码基因调控区域的组蛋白修饰(如H3K4me3、H3K9ac、H3K27me3),从而维持或改变靶基因的染色质状态,进而调控基因表达。
主要证据
snRNA-seq揭示lncRNA与邻近PCG共表达;敲低ECEL1P2、SEMA3B-AS1、MYCNUT/MYCNOS分别导致ALPP、SEMA3B、MYCN下调及功能损害;ChIP-qPCR显示敲低后组蛋白修饰改变。
研究意义
为胎盘发育及相关疾病(如子痫前期、妊娠期糖尿病)提供机制见解和潜在生物标志物,提示lncRNA-PCG失调的临床相关性。

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

单细胞转录组分析

描绘lncRNA在人类胎盘滋养层中的动态表达图谱,鉴定细胞类型和妊娠阶段特异性的lncRNA。

对早孕期和足月胎盘样本进行snRNA-seq,鉴定滋养层亚型,分析lncRNA表达、RNA velocity、拟时间轨迹。

2

lncRNA-PCG关联分析

探究lncRNA与其邻近蛋白质编码基因的表达相关性及基因组构型。

将基因组划分为5-kb窗口,分析lncRNA-PCG共表达,分类基因组构型,并验证于外部数据集。

3

体外敲低功能验证

评估lncRNA对滋养层自我更新、分化和基因表达的影响。

在hTSC中通过shRNA敲低ECEL1P2、SEMA3B-AS1、MYCNUT/MYCNOS,检测细胞增殖、周期、凋亡、EMT、合体化等。

4

表观机制验证

检测lncRNA敲低后靶基因启动子区域组蛋白修饰的变化,验证顺式调控机制。

使用ChIP-qPCR检测H3K4me3、H3K27me3和H3K9ac在靶基因区域的富集。

5

体内模型验证

评估ECEL1P2在体内对滋养层干细胞的维持和增殖的影响。

将对照或ECEL1P2敲低的hTSC皮下注射到裸鼠,一周后收集病灶,进行KRT7免疫组化分析。

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
DMEM/F12培养基Thermo Fisher Scientific11320033
胎牛血清Gibco16000-044
IV型胶原蛋白Sigma-AldrichC7521
CHIR99021Selleck ChemicalsS2924
A83-01Selleck ChemicalsS7692
SB431542Selleck ChemicalsS1067
丙戊酸Sigma-AldrichPHR1061-1G
Y27632Selleck ChemicalsS1049
TrypLE消化液Thermo Fisher Scientific12604021
表皮生长因子PeproTechAF-100-15
神经调节蛋白1Sino Biological13499-H08H-100
Matrigel基质胶Corning356231
毛喉素Selleck ChemicalsS2449
CCK-8试剂MCEHY-K0301
APC偶联抗CDH1抗体BioLegend147311
APC偶联抗EGFR抗体BioLegend352906
碘化丙啶BeyotimeST511
核糖核酸酶ATIANGENRT405
结晶紫BeyotimeC0121
叠氮化物647BeyotimeC0081S
DAPIBeyotimeC1002
RNAiso plusTakara9109
5× All-In-One 逆转录预混液ABMG490
SYBR Premix Ex Taq IITakaraRR820B
抗TP53抗体Santa Cruzsc126
抗γH2A.X抗体Abcamab81299
抗Ki67抗体Cell Signaling Technology9129T
抗TP63抗体Abcamab124762
抗SDC1抗体Proteintech67155-1-Ig
抗CGB抗体Abcamab9582
抗E-钙黏蛋白抗体Cell Signaling Technology31955
抗HLA-G抗体Abcamab52454
抗MMP2抗体Cell Signaling Technology40994
抗EPCAM抗体InvitrogenMA512436
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂混合物Roche04693132001
SDS-PAGE凝胶EpizymePG112
PVDF膜Millipore SigmaIPVH00010
抗CDK1抗体Santa Cruzsc-54
抗GAPDH抗体Proteintech60004
SuperSignal West Pico PLUS 化学发光底物Thermo Scientific34580
抗KRT7抗体Abcamab68459
抗H3K4me3抗体Cell Signaling Technology9751S
抗H3K27me3抗体DiagenodeC15410195
抗H3K9ac抗体Abcamab4441

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
单细胞转录组分析
snRNA-seq数据来源(GSE247038),质控参数(UMI 3,500-50,000,基因1,500-5,000,线粒体<5%),聚类分辨率0.7
阅读提示:Methods:snRNA-seq processing and analysis
hTSC培养
包被IV型胶原蛋白浓度(5 μg/mL),细胞接种密度(8×10^4-10×10^4),培养条件(5% O2、37°C),培养基组分(EGF 50 ng/mL、CHIR99021 2 μM、A83-01 0.5 μM等)
阅读提示:Methods:Culture of hTSC
lncRNA敲低
shRNA靶序列(Table S2),慢病毒包装(psPAX2、pMD2.G、Vigofect),感染时间(6-8h),puromycin筛选浓度(1 μg/mL)
阅读提示:Methods:Plasmid and cell line construction
EVT分化
EVT培养基组分(NRG1 100 ng/mL、A83-01 7.5 mM、Y27632 2.5 mM、KSR 4%、Matrigel 2%),时间点(Day 3换液,Day 6传代,培养至Day 8)
阅读提示:Methods:Differentiation of hTSC
STB分化
STB-2D/3D培养基组分(forskolin 2 μM、KSR 4%、Y27632 2.5 μM等),培养时间(Day 3换液,Day 6收集)
阅读提示:Methods:Differentiation of hTSC