单细胞转录组揭示参与鹿茸完全再生的核心细胞群体和雄激素-RXFP2轴

Single-cell transcriptome reveals core cell populations and androgen-RXFP2 axis involved in deer antler full regeneration.

作者信息Hengxing Ba, Xin Wang, Datao Wang, Jing Ren, Zhen Wang, Hai-Xi Sun, Pengfei Hu, Guokun Zhang, Shengnan Wang, Chao Ma, Yusu Wang, Enpeng Wang, Liang Chen, Tianbin Liu, Ying Gu, Chunyi Li
PMID36542206
发布时间2022-12-21
DOI10.1186/s13619-022-00153-4

实验完整度

包含scRNA-seq、bulk RNA-seq、IHC、WB、ELISA、qRT-PCR及体外DHT处理等多层级验证。

主要模型

鹿茸发生骨膜(AP) 柄骨膜(PP) 面部骨膜(FP) AP细胞体外培养

重点核对

样本分组:DoAP、AcAP、DoPP、AcPP和FP,每组三个个体混合 scRNA-seq细胞筛选:线粒体基因百分比>10%的细胞丢弃 DHT处理浓度:2、5、10 nM,处理24小时 qRT-PCR验证RXFP2 mRNA水平在AcAP与DoAP中的差异

摘要

鹿茸构成了一个独特的哺乳动物模型,用于研究出生后器官形成和年度完全再生。先前的研究表明,这些事件分别通过鹿茸发生骨膜(AP)细胞和柄骨膜(PP)细胞的增殖和分化来实现。由于驻留在AP和PP中的细胞具有干细胞属性,鹿茸的发生和再生都是基于干细胞的过程。然而,每种组织类型的细胞组成和鹿茸发育背后的分子事件仍然缺乏特征描述。在这里,我们采用单细胞RNA测序(scRNA-Seq)方法,鉴定了八种细胞类型(主要是THY1+细胞、祖细胞和成骨软骨细胞)以及THY1+细胞的三个核心亚群(SC2、SC3和SC4)。内皮细胞和壁细胞在转录水平上各自具有异质性。正是活化鹿茸谱系特异性组织中祖细胞、壁细胞和内皮细胞的增殖推动了鹿茸的快速形成。我们使用伪时间轨迹分析检测了鹿茸发生和再生之间初始分化过程的差异。这些可能归因于AP-THY1+和PP-THY1+细胞干性程度的差异。我们进一步发现,雄激素-RXFP2轴可能参与触发初始的鹿茸完全再生。完全解析这些鹿茸组织类型的细胞组成将为阐明鹿茸完全更新的机制以及一般再生医学开辟新的途径。

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
鹿茸发生与再生的细胞组成及分子机制是什么?
核心机制
雄激素-RXFP2轴可能参与触发初始鹿茸完全再生。
主要证据
通过scRNA-seq鉴定出THY1+细胞亚群SC2、SC3、SC4,其中SC4高表达AR和RXFP2;体外实验显示DHT剂量依赖性上调RXFP2 mRNA表达。
研究意义
完全解析鹿茸组织类型的细胞组成将有助于阐明鹿茸完全更新的机制,并对再生医学具有普遍意义。

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

组织采集与单细胞转录组分析

鉴定鹿茸发生和再生相关组织的细胞组成

采集DoAP、AcAP、DoPP、AcPP和FP五种组织,进行scRNA-seq,鉴定细胞类型和亚群。

2

细胞周期分析

确定增殖细胞类型

通过细胞周期评分和IHC染色PCNA,鉴定增殖细胞主要为祖细胞、壁细胞和内皮细胞。

3

THY1+细胞亚群表征

解析THY1+细胞的异质性和功能

对THY1+细胞进行亚聚类,鉴定SC1-SC5亚群,分析其标志基因和功能。

4

内皮和壁细胞亚群分析

探究血管相关细胞的异质性

对内皮和壁细胞进行亚聚类,鉴定亚群并分析其转录特征。

5

伪时间轨迹分析

比较鹿茸发生和再生过程中THY1+细胞分化轨迹

使用Monocle2对THY1+细胞、祖细胞和成骨软骨细胞进行轨迹分析,识别分化状态和关键基因。

6

调控子活性分析

识别鹿茸发生和再生中的转录因子调控网络

使用SCENIC分析调控子,比较DoAP/AcAP和DoPP/AcPP的调控子活性,发现AR调控子在AcAP中特异性激活。

7

体外验证雄激素对RXFP2的调控

验证RXFP2表达是否受雄激素调控

用不同浓度DHT处理AP细胞,检测RXFP2 mRNA表达。

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
Chromium单细胞3'试剂v210X Genomics--
HiSeq 4000Illumina--
I型胶原酶Invitrogen--
II型胶原酶Invitrogen--
DMEM培养基Sigma-Aldrich--
胎牛血清Gibco--
红细胞裂解液Beyotime--
AO/PI双荧光染色试剂盒Beyotime--
Trizol试剂Invitrogen--
生物分析仪----
TruSeq RNA文库制备试剂盒v3Illumina--
RIPA裂解液Beyotime--
AKR1C4抗体ABclonalA7430
山羊抗兔IgGSolarbioSE134
增强化学发光检测试剂Thermo--
化学发光成像系统Tanon--
AKR1C4 ELISA试剂盒MlBio--
酶标仪Thermo--
KLF4抗体Biossbs-1064R
JUN抗体ABclonalA11378
MYC抗体ElabscienceENT0990
SNAI1抗体ABclonalA11794
JUND抗体ABclonalA11955
FOS抗体ABclonalA0236
PCNA抗体ABclonalA0264
THBS1抗体ABclonalA2125
POSTN抗体ABclonalA14556
IGF2抗体ABclonalA2086
兔/小鼠IgGAbcamab172730,
HRP标记二抗ABclonalAS014,
DAB显色液Maxim--
PreciPoint M8扫描仪Meyer--
5α-二氢睾酮Sigma--
PrimeScript RT试剂盒TaKaRa--

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
组织采集
样本来源和发育阶段:DoAP取自7个月龄鹿,AcAP和FP取自10个月龄鹿,DoPP和AcPP取自2岁鹿;每种组织三个个体混合。
阅读提示:Methods中Collection of deer tissue samples
单细胞悬液制备
消化条件:DMEM含100 μg/ml collagenase type I和type II,37°C消化40-80分钟;红细胞裂解。
阅读提示:Methods中Preparation of single-cell suspension
scRNA-seq数据处理
质控标准:基因数>200,线粒体基因百分比<10%,去除异常细胞;整合方法。
阅读提示:Methods中Single-cell data preprocessing
体外药物处理
AP细胞培养条件:DMEM+10% FBS,2.5×10^5 cells/well,37°C 5% CO2;DHT浓度2, 5, 10 nM,处理24小时。
阅读提示:Methods中Testosterone treatment
qRT-PCR
引物序列和实验步骤。
阅读提示:Methods中cDNA synthesis and quantitative real-time PCR