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文献解读:10x Genomics单细胞转录组解读人胎儿肝脏造血功能

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文献解读:10x Genomics单细胞转录组解读人胎儿肝脏造血功能

发布日期:2021-10-28 作者: 点击:

  摘要


  作者用10x单细胞测序平台做了14万个肝脏细胞和7万4千个皮肤肾脏卵黄囊细胞的转录组表达谱,确定了人类血液和免疫细胞的发育过程。从造血干细胞和多能祖细胞分化轨迹来推定和评估微环境对血液和免疫细胞发育的影响。造血干细胞和多能祖细胞都有前体的存在,提出了一个新的发育路径。


  背景


  早期胚胎发育过程中血液和免疫系统就已经开始形成。因为人类胎儿组织难以获得,目前为止我们只能从小鼠和体外模型去理解血液和免疫系统的发育过程。尽管造血发育过程是在脊椎动物内保守的,但是人和鼠还是存在区别。在人体组织水平上理解造血细胞的早期发育过程具有重要意义,这能够帮忙我们更全面的理解血液或免疫相关疾病。


  本文使用10x单细胞测序系统对来自怀孕后7-17周(PCW)的人类胎儿肝脏细胞进行测序。通过分析胚胎肝脏中的免疫细胞和卵黄囊、皮肤和肾脏中的非淋巴细胞组织的免疫细胞来共同绘制发育中的免疫网络。


  结果

单细胞转录组


  图1胎儿肝细胞单细胞转录组


  用7-17pcw的胚胎和胎儿肝脏制备单细胞悬液,用于之后的实验。从胎儿肝脏细胞中鉴定出27种细胞状态。整个发育阶段都发现了对应的细胞状态,但频率根据妊娠阶段而有所不同。未检测到嗜中性粒细胞,嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞,这与已经报道的胎儿骨髓造血过程中粒细胞情况一致。早期的样品表现出红细胞系偏倚(bias),淋巴系细胞和髓系细胞在较晚的阶段表现出来。

图2基因和细胞状态的验证

  图2基因和细胞状态的验证


  作者通过转录验证、细胞形态、标记蛋白验证等方法验证了他们得到的单细胞数据,证明他们提供了胎儿肝脏造血细胞的完整图谱。

微信截图_20211028161901.png

  图3胎儿肝脏和非淋巴组织的造血功能


  通过FDG分析确定了祖细胞/肝细胞节点的三个通路(connection),这些节点有红细胞–巨核细胞–肥大细胞,B细胞以及T淋巴样细胞和髓系细胞。红细胞结果显示卵黄囊和肝脏之间的血红蛋白基因表达情况,以及从HBZ和HBE1表达到胎儿血红蛋白亚基(HBA1和HBG2)表达的时间变化。NLT中存在巨核细胞,红系细胞,肥大细胞和MEMP,但不存在HSC/MPP。肾脏中不存在类红细胞,这表明MEMP系在特定部位的分化受到限制,皮肤MEMPs表达了一些早期的成红细胞基因,包括MYL4,表明它们可能在皮肤中充当类红细胞祖细胞。这些发现表明,在早期发育中,处于生理状态的皮肤可以促进红细胞生成并补充胎儿肝脏的红细胞。

微信截图_20211028161954.png

  图4胎儿肝和非淋巴组织的淋巴谱系


  作者发现了两个淋巴细胞的分支:NK–T–ILC谱系和B细胞谱系。早期淋巴细胞/T淋巴细胞簇随妊娠阶段而变化,7-8 PCW时表达GATA3,KLRB1,CD3D,CD7和JCHAIN,该时段T细胞还未出现。在12-14 PCW阶段,细胞表达TRDC和TRAC,但不表达GZMB或PRF1。TRDC的表达在15-17 PCW阶段不存在。这个与之前12PCW后,γδ-T细胞和αβ-T细胞从胸腺中清除后依次植入胎儿肝脏相一致。


  B细胞谱系中的细胞包含连续的分化状态。在7至8 PCW之间检测到pre-B细胞,但仅在9 PCW之后才检测到成熟的B细胞。

微信截图_20211028162038.png

  图5骨髓样细胞组织特征


  在7 PCW时观察到了胎儿肝脏和NLT中的髓样祖细胞,单核细胞,巨噬细胞以及DC1和DC2簇。作者比较了胎盘,卵黄囊和胎儿肝脏中的单核细胞,巨噬细胞及其前体。巨噬细胞转录组谱具有高度组织特异性,并且与组织内的其他巨噬细胞亚型表现出连通性。


  结论


  文章提供了胎儿肝脏发育全景图,用以了解胎儿肝脏造血和免疫系统的发育。使用单细胞转录组学研究人类发育的方法提供了一个可用于研究人类寿命中任何时间过程的框架。

本文网址:http://www.igenebook.com/news/615.html

关键词:10xGenomics单细胞,10xGenomics,单细胞转录组

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