北京大學(xué)湯富酬團(tuán)隊(duì)首次在單細(xì)胞水平上從頭組裝人類基因組

01

空間蛋白組再度來襲，LCM結(jié)合蛋白組技術(shù)，你值得擁有!

皮膚是人體最大的屏障器官，由復(fù)層鱗狀上皮、真皮以及各種基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，其中位于真皮和表皮之間的基底膜是決定表皮干細(xì)胞命運(yùn)的獨(dú)特生態(tài)位，能夠在皮膚損傷時(shí)建立表皮細(xì)胞極性并保持皮膚組織的層次結(jié)構(gòu)和功能，然而這個(gè)干細(xì)胞微環(huán)境在這個(gè)過程中的作用尚不清楚。

來自協(xié)和醫(yī)院的冷泠團(tuán)隊(duì)、李軍團(tuán)隊(duì)通過對(duì)6個(gè)皮膚層進(jìn)行空間蛋白組檢測(cè)解析了每一層皮膚的功能特征。研究者對(duì)二期梅毒患者的皮膚進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)毒螺旋體易定位于皮膚基底膜處影響細(xì)胞基質(zhì)連接和干細(xì)胞功能，導(dǎo)致皮膚潰瘍等問題，進(jìn)一步空間蛋白組發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞的細(xì)胞周期和形態(tài)、汗腺和毛囊及關(guān)鍵的Wnt發(fā)育通路等都受到嚴(yán)重影響，最重要的是梅毒皮膚基底膜的多種蛋白組分缺失。TGFBI是一種微環(huán)境基質(zhì)糖蛋白，隨著皮膚衰老表達(dá)減少，梅毒基底膜剛好缺失TGFBI，結(jié)合課題組前期的研究，通過干細(xì)胞、類器官、小鼠模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)該蛋白可以通過Wnt通路促進(jìn)二期梅毒皮損過程中表皮干細(xì)胞生長(zhǎng)和功能恢復(fù)。

本研究利用空間蛋白組技術(shù)發(fā)現(xiàn)表皮干細(xì)胞微環(huán)境的分子組成及二期梅毒皮膚損傷機(jī)理，并揭示TGFBI在二期梅毒皮損修復(fù)的機(jī)制，為臨床各種因素引起的皮損治療提供新的思路，也強(qiáng)調(diào)了空間蛋白質(zhì)組學(xué)在干細(xì)胞與再生領(lǐng)域中的重要作用。

02

國人單細(xì)胞研究之光 | 北京大學(xué)湯富酬團(tuán)隊(duì)首次在單細(xì)胞水平上從頭組裝人類基因組

單細(xì)胞基因組測(cè)序是揭示細(xì)胞間遺傳異質(zhì)性的有力工具，尤其適用于癌癥研究，但是單細(xì)胞獲得的少量基因組使得單細(xì)胞全基因組測(cè)序困難重重，并且有些樣本也很難獲得足夠的基因組DNA用于研究，如CTC、穿刺樣本、腦脊液、早期胚胎發(fā)育研究。

2022年7月12日北京大學(xué)湯富酬團(tuán)隊(duì)在Nucleic Acids Research發(fā)表最新研究成果，該研究使用單細(xì)胞基因組長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)（SMOOTH-seq）結(jié)合PacBio HiFi和Oxford Nanopore Technologies（ONT）平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)K562和HG002細(xì)胞的測(cè)序，并進(jìn)行了從頭基因組組裝。

研究首次在單細(xì)胞水平上完成了具有高連續(xù)性的人類基因組組裝（使用95個(gè)單獨(dú)的K562細(xì)胞，NG50約為2Mb），并且組裝結(jié)果能夠識(shí)別更完整和準(zhǔn)確的插入事件集和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變異，開啟了單細(xì)胞基因組從頭組裝實(shí)踐的新篇章。

03

浙江大學(xué)史鵬、沈嘯、谷巖合作揭示免疫細(xì)胞小膠質(zhì)細(xì)胞的非免疫功能

小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)的免疫細(xì)胞，除了發(fā)揮免疫功能外，其調(diào)控中樞穩(wěn)態(tài)的功能也是近年來的研究熱點(diǎn)。高血壓患者一般具有交感高張現(xiàn)象，腎交感消融術(shù)可以有效緩解高血壓癥狀。然而，中樞交感神經(jīng)相關(guān)神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)如何被調(diào)控是長(zhǎng)期以來領(lǐng)域里的難點(diǎn)。

本文首先通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)靜息態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞的缺失會(huì)造成小鼠自主神經(jīng)功能異常，交感神經(jīng)張力升高。然后對(duì)下丘腦室旁核中投射到腦干頭端腹側(cè)延髓的前交感神經(jīng)元（簡(jiǎn)稱PVN-RVLM）進(jìn)行電生理分析，發(fā)現(xiàn)去除了靜息態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致PVN-RVLM神經(jīng)元的電活性增加和交感輸出增多，進(jìn)一步的PVN-RVLM神經(jīng)元單細(xì)胞測(cè)序結(jié)果表明小膠質(zhì)細(xì)胞的缺失導(dǎo)致介導(dǎo)Ia電流的鉀離子通道編碼亞基的Kcnd3表達(dá)減少，功能試驗(yàn)則解析了小膠質(zhì)細(xì)胞是通過PDGFB蛋白的旁分泌調(diào)控神經(jīng)元中Kcnd3的表達(dá)的機(jī)制，這一結(jié)論也在高血壓小鼠模型中得到證實(shí)，并且明確了抗腫瘤藥物中酪氨酸激酶抑制劑引起高血壓副作用的機(jī)制。

該研究首次報(bào)道小膠質(zhì)細(xì)胞直接參與神經(jīng)元膜電位穩(wěn)態(tài)的直接證據(jù)，大大豐富了對(duì)神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞之間cross-talk途徑的認(rèn)識(shí)，并且解釋了其引起心血管疾病的機(jī)制普遍性，有望作為改善或者緩解心血管危險(xiǎn)因素誘發(fā)的認(rèn)知功能損傷的重要解決方案。

04

scATAC解密胸腺上皮外周組織抗原表達(dá)機(jī)制誘導(dǎo)自身反應(yīng)性T細(xì)胞清除

胸腺上皮細(xì)胞在未成熟T細(xì)胞進(jìn)行MHC的陽性選擇及自身抗原反應(yīng)的陰性選擇過程中起到重要作用，與自身反應(yīng)性T細(xì)胞清除和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化密切相關(guān)，進(jìn)而減少自身免疫病的發(fā)生，轉(zhuǎn)錄因子Aire是驅(qū)動(dòng)髓質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞外周組織抗原表達(dá)的重要轉(zhuǎn)錄因子，是許多自身免疫病的原因，但該機(jī)制仍然有諸多問題不清楚。

本文研究團(tuán)隊(duì)利用scATAC對(duì)Aire敲除鼠純化的MHCII高表達(dá)的髓質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞進(jìn)行分析，獲得13個(gè)亞群，從表觀層面證實(shí)了Aire可以在其靶基因結(jié)合區(qū)域促進(jìn)染色質(zhì)可及性，這些Aire表達(dá)的細(xì)胞中存在多種譜系相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，與對(duì)應(yīng)外周細(xì)胞類型的染色質(zhì)可及性相關(guān)，將這些細(xì)胞稱之為擬細(xì)胞。然后進(jìn)一步研究擬細(xì)胞在T細(xì)胞陰性選擇和陽性選擇中的作用，通過標(biāo)記纖毛和肌肉髓質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)它們與皺褶髓質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞特性類似，在這些細(xì)胞中表達(dá)抗原均可以有效誘導(dǎo)T細(xì)胞耐受。

本文詳細(xì)研究單個(gè)髓質(zhì)上皮細(xì)胞的外周組織抗原表達(dá)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)一類上皮細(xì)胞亞群可以通過譜系相關(guān)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子來表達(dá)外周組織抗原，從而誘導(dǎo)抗原特異性T細(xì)胞耐受。

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單細(xì)胞多組學(xué)助力發(fā)現(xiàn)腎透明細(xì)胞癌新的潛在治療靶點(diǎn)

腎透明細(xì)胞癌的靶向治療和免疫治療在臨床上治療效果有限，深入理解ccRCC的微環(huán)境中的細(xì)胞組成和基因組調(diào)控特征對(duì)于我們理解腫瘤致病機(jī)理和開發(fā)新的治療策略具有重要意義，單細(xì)胞多維度是一個(gè)很好的高分辨率研究方法。

該研究對(duì)ccRCC患者的腫瘤組織進(jìn)行了配對(duì)的scRNA-seq和scATAC-seq測(cè)序，繪制ccRCC單細(xì)胞多組學(xué)圖譜，同時(shí)結(jié)合CNV和標(biāo)志基因CA9定義了腫瘤細(xì)胞群，結(jié)合TCGA數(shù)據(jù)進(jìn)行生存分析發(fā)現(xiàn)4個(gè)腫瘤細(xì)胞群特異的轉(zhuǎn)錄因子與病人更差的預(yù)后顯著相關(guān)，這些轉(zhuǎn)錄因子的靶基因主要富集在低氧和細(xì)胞增殖信號(hào)通路，在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果中也得到了驗(yàn)證，然后通過動(dòng)物敲除實(shí)驗(yàn)和藥物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了HOXC5、ISL1和VENTX對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用。

綜上所述，該研究繪制了ccRCC的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組圖譜，并識(shí)別了腫瘤細(xì)胞特異的基因轉(zhuǎn)錄和表觀調(diào)控程序，為設(shè)計(jì)更有效的治療策略提供了新的線索。

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