项目文章丨同一单位脊髓方向单细胞测序文章两连发！
2022年9月5日和8日，北京博奥晶典生物技术有限公司合作南通大学神经再生重点实验室等单位在 Journal of Biological Chemistry 和 PLOS Genetics 上发表了利用单细胞转录组测序研究斑马鱼脊髓及小鼠脊髓的相关报道。
本研究中 10x 单细胞转录组测序由北京博奥晶典生物技术有限公司提供。下面我们分别来看下这两篇文章吧~
01文章一
研究背景
脊髓性肌萎缩症（SMA）是一种由 SMN 蛋白功能丧失引起的神经退行性疾病。尽管 SMA 的特征是脊髓前角运动神经元的退化，但这些研究尚未确定 SMA 脊髓中的哪些细胞类型引发了疾病，或者这些细胞类型经历了什么样的转录组变化。
研究路线
单细胞测序相关结果
1. 严重 SMA 小鼠脊髓与健康对照脊髓单细胞图谱
细胞分群图，共获得来自 SMA 组的 13268 个细胞和来自健康对照组的 8887 个细胞，降维得到 29 个 cluster，定义为 10 种细胞类型；星形胶质细胞（簇0）、小胶质细胞、OPC、COP、OL、神经元、室管膜细胞、血管细胞、血细胞和雪旺细胞。其中 OPCs 最丰富，占总细胞的 22.97%，而神经元的比例最低，占总神经元的 0.46%。SMA 和对照小鼠之间的总细胞比例没有观察到显著差异。SMA 小鼠的神经元和室管膜细胞比例略高于对照小鼠，SMA 小鼠的血细胞比例略低于对照小鼠。表达 Meg3、Tub3 和 Snhg11 的神经元细胞数量太少，无法确定这是否是运动神经元。这种单细胞悬浮的方法可能导致神经元丢失。
2. 严重 SMA 小鼠脊髓与健康对照脊髓差异基因分析
细胞大多数细胞类型中，检测到约 5000–7000 个基因，值得注意的是，在血细胞以外的细胞类型中，下调基因的数量显著高于上调基因的数量，这与 bulk RNAseq 的结果一致。神经元的差异基因最多，但倍数变化很小。接下来，对 bulk RNAseq 和单细胞测序每种细胞类型中 DEG 进行 GO 的 BP 富集分析，结果显示这些非神经元细胞的大多数 GO term 与细胞膜或细胞外基质有关，这意味着 SMA 脊髓中的细胞通讯发生了改变。接下来，我们对从 scRNA-seq 和 bulk RNAseq 获得的数据进行整合分析，发现多种细胞类型中很少出现 DEG，这表明 SMN 缺乏导致不同细胞类型中不同的基因表达发生了变化。
3. SMN 缺乏对不同细胞类型的影响是异质的
使用 CellChat 分析了对照组和 SMA 小鼠脊髓细胞之间的通信网络。SMA 小鼠脊髓中的总细胞-细胞接触相互作用（CCI）显著减弱。OPCs、COP 和星形胶质细胞是强度降低最多的细胞类型，而小胶质细胞数量降低最多。OPCs、COP 和神经元之间的 CCI 受影响最大。另外，SMA 小鼠脊髓中的分泌信号相互作用（SSI）也显著降低，其中血管、OPCs 和星形胶质细胞的相互作用次数减少最为显著，OPCs COP 和星形胶质的相互作用强度减少最为明显。在 SMA 中，SSI 的数量和强度在大多数细胞类型中减少，但在小胶质细胞中增加，这可能与先前报道的小胶质细胞的激活有关。
4. 鉴定 subcluster 及差异基因
对星胶、小胶、少突、血管细胞及室管膜细胞进行 recluste，并比较了 SMA 和对照小鼠中每个细胞亚型的 DEG，结果显示 Vas-2 具有 1362 个 DEG，显著高于其他亚型，这意味着 Vas-2 是 SMA 小鼠脊髓中最严重缺陷的细胞亚型。此外 MG-5、OL-5、OL-10 和 Vas-3 也含有大量 DEG。
5. SMA 脊髓中胶质细胞亚型基因表达的改变
尽管 MG-5 在小胶质细胞亚群中具有最多的 DEG，但 DEG 变化的倍数和 p 值均不显著。功能分析表明，SMA 中 MG-5 的下调基因主要与免疫系统反应、翻译和 RNA 剪接相关，而上调基因在功能上不显著。OL-5 是具有最多 DEG 的 OL 谱系亚型，其中最重要的是 Apoe 和 Fabp7。DEG 的 BP 分析表明，下调的 DEG 主要与蛋白质合成有关，而上调的 DEG 则主要富集于髓鞘形成相关通路。一致地，DEG 的细胞成分分析表明，下调和上调的基因主要分别定位于核糖体和髓鞘。对 SMA 和对照小鼠的 OL 谱系进行了拟时间分析，发现 SMA 的 OL-5 在轨迹上比对照小鼠更成熟，这与 BP 分析的结果一致。
6. SMA 脊髓血管周围成纤维细胞亚群显著减少
SMA 中的 Vas-2 亚群数量显著减少，且大多数成纤维细胞标记物在 Vas-2 中下调，如 Col3a1、Col1a1、Dcn 和 Fn1。差异表达倍数最大的基因是 Col3a1，其下调了近 4 倍。此外，编码血管生成调节因子 Chemerin 的基因 Rarres2 在该细胞亚群中下调超过 2 倍。值得注意的是，在 Vas-2 和 Vas-3 成纤维细胞亚型中显著改变的这些 DEG 略有重叠，再次表明 SMN 缺乏的影响是细胞类型特异性的。用免疫荧光来确定脉管系统细胞的变化，发现血管和成纤维细胞标记几乎共定位，表明血管内皮细胞和成纤维细胞以空间和功能相关的方式共存，观察到所有细胞类型和整个组织中能量代谢或蛋白质合成途径的下调，这可能是由于血管缺陷导致的缺氧环境。
全文结论及意义
本研究提供了 SMA 的第一个单细胞图谱。通过 scRNA-seq，我们鉴定了 SMA 脊髓每种细胞类型和亚型的疾病特异性 DEG，并发现血管成纤维细胞数量的下降在单细胞水平上最为明显。这些先前未报道的发现为 SMA 的发病机制提供了新的线索。
02文章二
研究背景
pMN 结构域是腹侧脊髓中的限制性结构域，由 olig2 基因的表达定义。虽然已知 pMN 祖细胞可以依次产生运动神经元和少突胶质细胞，但这些祖细胞的谱系存在争议，其后代是如何产生的还不清楚。
研究路线
全文结论及意义
通过单细胞转录组测序及实验验证了转录因子 myt1（髓磷脂转录因子1）和内核膜整合蛋白 lbr（层粘连蛋白 B 受体）的表达分别对运动神经元的发育和神经祖细胞的维持至关重要。本研究不仅将提供对先前关于少突胶质细胞祖细胞和运动神经元谱系分析的发现的深入理解，还将有助于进一步理解神经祖细胞命运转变中涉及的分子程序。
参考文献
1. Sun J, Qiu J, Yang Q, Ju Q, Qu R, Wang X, et al. (2022) Single-cell RNA sequencing reveals dysregulation of spinal cord cell types in a severe spinal muscular atrophy mouse model. PLoS Genet 18(9): e1010392. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010392.2. Xing L, Chai R, Wang J, Lin J, Li H, Wang Y, Lai B, Sun J, Chen G. Expression of myelin transcription factor 1 and lamin B receptor mediate neural progenitor fate transition in the zebrafish spinal cord pMN domain. J Biol Chem. 2022 Oct;298(10):102452. doi: 10.1016/j.jbc.2022.102452. Epub 2022 Sep 5. PMID: 36063998; PMCID: PMC9530849.
