受调控的HSPG信号指导心外膜行为以支持心脏形成

背景：控制心脏细胞行为的通路共同依赖于硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG），其在细胞外位置严格调控信号传导。这种信号对心脏发育至关重要，然而HSPG在形成中的心脏中如何被调控尚不清楚。心外膜是HSPG依赖性信号和细胞祖细胞的丰富来源。我们假设细胞外硫酸乙酰肝素修饰酶，6-O-内硫酸酯酶，协调祖细胞行为以支持心脏发生。方法：我们使用单细胞RNA测序、显微镜和基于流式细胞术的单分子RNA原位杂交（ISH）系统分析胚胎小鼠心脏中的6-O-内硫酸酯酶和靶HSPG。随后，我们利用敲除和敲低模型鉴定了基因关联以及主要心外膜6-O-内硫酸酯酶同工型Sulfatase（Sulf）1的作用。使用转座酶可及染色质测定（ATAC）和 Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease（CUT&RUN）结合测序、荧光素酶测定和siRNA评估Sulf1的转录调控，并在体内和使用体外功能测定确认了对心外膜细胞行为的影响。结果：尽管功能相同，我们发现Sulf1在胚胎心外膜中表达，而Sulfatase（Sulf）2在整个心肌中广泛表达。我们表明心外膜SULF1动态调节HSPG硫酸化以微调信号的幅度和持续时间，从而影响细胞命运和心脏形态发生。单细胞基因组学和谱系追踪研究揭示Sulf1与关键转录调节因子Wt1（Wilms tumor 1）在心外膜中强烈共表达，两者减少与上皮-间质转化和静止一致。CUT&RUN-seq揭示WT1对Sulf1的转录控制，直接影响必要的HSPG依赖性下游信号。配体-受体相互作用预测和功能测定表明FGF（成纤维细胞生长因子）-2和TGF-β（转化生长因子β）驱动的过程受这种调控相互作用控制。结论：我们的研究首次强调HSPG依赖性信号的 essential 微调以调节心脏形成中的关键过程，为治疗靶向先天性心脏病和增强心外膜促再生行为提供了潜在见解。