人类肾脏内皮细胞的整合单细胞转录组图谱

Integrated Single-Cell Transcriptomic Atlas of Human Kidney Endothelial Cells

作者信息Ka Zhang, Hao Kan, Aiqin Mao, Fan Yu, Li Geng, Tingting Zhou, Lei Feng, Xin Ma
PMID38351505
发布时间2024-05-01
DOI10.1681/ASN.0000000000000320

实验完整度

整合多数据集构建人类和小鼠肾脏内皮细胞图谱,通过免疫荧光验证蛋白表达,使用GWAS关联分析和hdWGCNA等验证功能,包含多层级验证。

主要模型

人类肾脏细胞(scRNA-seq/snRNA-seq数据集) 小鼠肾脏细胞(scRNA-seq/snRNA-seq数据集) 人类肾脏组织微阵列(免疫荧光验证)

重点核对

人类肾脏样本:来自七个已发表数据集的对照样本,包括Kuppe等(n=9)、Lake等(n=47)、Liao等(n=3)、Menon等(n=24)、Stewart等(n=13)、Krishna等(n=6)和Muto等(n=5) 质量控制:细胞过滤标准为nFeature_RNA > 200,nCount_RNA < 12,000,线粒体读数 < 30%,并去除核糖体基因 聚类分辨率:基于clustree选择分辨率0.4,获得27个细胞簇;内皮细胞亚聚类使用相同的流程 差异表达基因:调整P值<0.05且|logFC|>0.25 物种比较:使用biomaRt转换小鼠基因符号,仅在存在一对一同源物时使用

摘要

关键点:我们创建了正常人类肾脏内皮细胞的全面参考图谱。我们证实人类肾脏中的内皮细胞类型在小鼠肾脏中也高度保守。背景:肾脏内皮细胞暴露于不同的微环境条件,支持特定的生理过程。然而,人类肾脏内皮细胞的异质性尚未得到系统描述。方法:我们以相同流程重新处理并整合了七个包含超过200,000个肾脏细胞的人类肾脏对照单细胞/单核RNA测序数据集。结果:我们鉴定了五种主要细胞类型,其中29,992个是内皮细胞。内皮细胞的重新聚类确定了七个亚群,这些亚群在分子特征和生理功能上有所不同。将新数据映射到正常肾脏内皮细胞图谱可以实现快速的数据注释和分析。我们证实人类肾脏中的内皮细胞类型在小鼠肾脏中也高度保守,并鉴定出人类和小鼠中保守的内皮标记基因,以及相应亚群之间的差异表达基因。此外,单细胞转录组数据与公共全基因组关联研究数据的联合分析显示,内皮细胞,尤其是动脉内皮细胞,在血压遗传力中显著富集。最后,我们从内皮细胞中的共表达网络鉴定了M1和M12,它们可能深度参与血压调节。结论:我们创建了正常人类肾脏内皮细胞的全面参考图谱,为理解肾脏内皮细胞的身份和功能在疾病、衰老和物种间如何改变提供了分子基础。最后,我们提供了一个公开可访问的在线工具来探索本工作中描述的数据集(https://vascularmap.jiangnan.edu.cn)。

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
人类肾脏内皮细胞的转录组异质性及其在血压调控中的作用是什么?
核心机制
内皮细胞,尤其是动脉内皮细胞,可能通过特定基因共表达模块(EC-M1和EC-M12)参与血压调控,其中EC-M1与血管发育相关,EC-M12与内皮-间质转化相关。
主要证据
整合29,992个人类肾脏内皮细胞,鉴定出七个亚群;通过免疫荧光验证标记蛋白表达;利用CELLECT和scDRS分析显示内皮细胞与血压GWAS显著相关;hdWGCNA共表达网络分析识别出EC-M1和EC-M12模块,其hub基因富集血压相关基因。
研究意义
构建了正常人类肾脏内皮细胞的参考图谱,为理解疾病、衰老和物种间肾脏内皮细胞的变化提供了分子基础,并提供了在线工具用于数据探索。

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

数据整合与细胞分型

构建人类肾脏细胞图谱,确定主要细胞类型。

重新处理七个公共人类肾脏单细胞/单核RNA测序数据集,经过质量控制后整合205,601个细胞,基于典型标记基因进行聚类和注释。

2

内皮细胞亚聚类

鉴定人类肾脏内皮细胞的亚群及其分子特征。

对内皮细胞进行重新聚类,鉴定出七个亚群,并通过典型标记基因和免疫荧光验证。

3

功能富集分析

了解不同内皮亚群的生物学功能和通路富集。

使用MsigDB血管相关基因集和irGSEA进行基因集富集分析,比较不同亚群的通路活性。

4

跨物种比较

比较人类和小鼠肾脏内皮细胞的保守性和差异性。

整合小鼠肾脏数据,鉴定小鼠内皮细胞亚群,并与人类对应亚群进行比较,包括保守标记基因、相关性和物种特异性基因表达。

5

遗传关联分析

评估内皮细胞与血压调控的遗传关联。

使用CELLECT和scDRS将单细胞数据与血压GWAS数据整合,分析内皮细胞类型与血压遗传力的关联,并通过hdWGCNA构建共表达网络。

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
抗CD31抗体R&D systemsAF3628
抗血管性血友病因子抗体Proteintech11778-1-AP
抗SLC6A6抗体ImmunowayYT4558
抗细胞周期调节因子抗体Biossbs-23861R
抗NTN4抗体Proteintech11835-1-AP
抗scinderin抗体Proteintech11579-1-AP
AF568驴抗兔二抗Invitrogen--
AF647驴抗山羊二抗Invitrogen--
蔡司LSM 880共聚焦激光扫描显微镜Zeiss--

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
数据获取与处理
人类肾脏数据集列表及样本量;质量控制参数(nFeature_RNA>200、nCount_RNA<12,000、线粒体<30%);聚类分辨率(0.4);差异表达基因阈值(adjusted P<0.05,|logFC|>0.25)
阅读提示:Methods: sc/snRNA-Seq Data Acquisition; sc/snRNA-Seq Data Processing and Clustering
内皮细胞亚聚类
内皮细胞数量(29,992);亚群标记基因(如GJA4、RGCC、NRP2、NTN4等)
阅读提示:Results: Construction of a Single-Cell Transcriptome Atlas of Kidney Endothelial Cells; Figure 2
免疫荧光验证
组织微阵列来源(上海芯超生物科技有限公司);一抗和二抗的稀释度和孵育条件(过夜4°C、2小时37°C)
阅读提示:Methods: Immunofluorescence Assay
跨物种比较
小鼠数据队列和样本量;同源基因转换标准(一对一);保守标记基因定义
阅读提示:Methods: Analysis of Mice Datasets; Comparison of Mouse and Human Endothelial Cells
遗传关联分析
GWAS数据来源和下载途径;CELLECT和scDRS的参数设置(推荐参数)
阅读提示:Methods: Identification of Candidate Pathologic Kidney Cell Types