國自然熱點：第15期單細胞測序數據分析與課題設計網絡實操班
2021-10-03
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2021-10-03
網絡講座提綱：
1.什麼是模塊化國自然標書寫作？
怎樣運用模塊化寫作讓自己看起來像「專業選手」？
3.語言措辭如何避免踩坑？
如何讓專家與自己觀點共鳴？
人類成年人平均每天通過一個被稱為造血的連續過程產生大約一萬億個血細胞。它首先發生在胚胎發育期，並補充血液系統。造血功能還能使血細胞在應對感染或疾病時快速周轉。然而，如果造血功能失敗，它可能導致免疫缺陷和癌症，如白血病。在出生前，造血過程從卵黃囊開始，暫時過渡到肝臟，最後在受孕後11周左右在骨髓中建立。人們對出生後骨髓中的造血過程如何繼續，以及胎兒骨髓如何演變以滿足新生兒的需要知之甚少。該研究使用單細胞多組學技術來確定發育中的骨髓組織樣本中的基因表達和細胞類型。研究人員發現，完整的造血系統在胎兒骨髓中的第二個三個月的6周時間裡建立起來。在這段時間裡，血液和免疫細胞迅速多樣化為專業類型，包括骨髓細胞。這些細胞是淋巴系統的一部分，對於對抗組織損傷和抗感染非常重要。有趣的是，還發現粒細胞和樹突狀細胞亞群在這個6周的窗口期的首次出現。粒細胞是一種幫助身體對抗細菌感染的白細胞，而樹突狀細胞亞群是一種抗原呈遞細胞。此外，該團隊研究了唐氏綜合症骨髓，並發現了基因表達的明顯差異。例如，研究發現B淋巴細胞和骨髓細胞的發育被破壞了。這一發現為唐氏綜合症患者更容易患免疫性疾病和白血病提供了潛在的解釋。題目：Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndromeDOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03929-x作者生成了單細胞FBM細胞的mRNA、T細胞受體和B細胞受體和CITE-seq數據，以及機械破壞胎兒股骨後CD34+選擇的細胞的CITE-seq數據。作者構建了來自唐氏綜合症胎兒的FBM細胞的單細胞mRNA譜和來自CD34+胎兒肝臟和臍血細胞的CITE-seq數據。參考scRNA-seq數據集被用來研究造血發展。從115,993個FBM scRNA-seq細胞中，103,228個通過了質量控制，揭示了64個轉錄不同的細胞狀態，這些細胞被手動分組為10個區塊。作者構建了一個連續的決策樹，用於監督學習FBM CITE-seq數據中的細胞狀態鑑別性蛋白組合。在12至19PCW之間，血液和免疫細胞與基質細胞的比例從5：1擴大到18：1。B細胞的淋巴生成擴大了，但骨髓細胞的總比例保持一致。與年齡匹配的雙生子BM相比，唐氏綜合徵的巨核細胞和B系細胞減少，而紅系細胞明顯增多，細胞周期基因更加豐富。來自唐氏綜合徵胎兒的FBM除了21號染色體基因的表達增加外，還表現出全基因組的轉錄差異。來自唐氏綜合徵胎兒的巨核細胞-紅細胞-肥大細胞祖細胞、巨核細胞和B系細胞過度表達21號染色體轉錄因子，這些因子在造血過程中具有文獻記載的作用，包括U2AF1、U2AF1和ETS2及ETS2。在年齡匹配的胎兒肝臟中沒有檢測到中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜鹼性粒細胞。作者通過形態學和前瞻性的FACS分離來驗證它們在FBM中的存在，以便進行scRNA-seq。與卵黃囊和胎兒肝臟相比，FBM中的骨髓細胞明顯擴大。詳細的聚類顯示了18種單核細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞和巨噬細胞的狀態，從前體到最終分化的細胞。在力導向圖嵌入中，單核細胞和中性粒細胞的特徵在粒細胞和單核細胞祖階段出現分歧，與小鼠數據一致。相對於SPI19，FBM GMPs表達的CEBPA水平高於胎肝GMP。在整個中性粒細胞分化過程中，與白血病風險的先天性中性粒細胞增多症相關的基因在早期祖細胞中表達，而那些沒有公認的白血病風險的基因則在終末分化階段表達。圖2：造血幹細胞的多樣化、B系擴展和造血幹細胞/MPPs的組織特異性。在FBM造血過程中出現了漿細胞、過渡性DC和DC3；然而，沒有發現非經典的CD16+單核細胞和單核細胞-DC。胎兒和成人外周血亞群之間保留了DC1和pDC的特徵，但沒有DC2和DC3的特徵。iRegulon分析顯示，驅動FBM pDC和tDC分化的轉錄因子是共享的。作者在FBM中發現了自然殺傷細胞、自然殺傷T樣細胞和先天淋巴細胞前體。相對於卵黃囊和胎兒肝臟，FBM的NK細胞富集了NK細胞毒性基因。與ABM相反，FBM含有很少的T淋巴細胞。由於胸腺淋巴組織在FBM定植前已經建立，這些是單陽性的CD4、CD8和T調節細胞，表達生產性TRA和TRB。在B細胞發育過程中，作者觀察到兩次增殖活動的爆發。從前B祖細胞階段開始，重鏈重排是有成效的，從不成熟的B細胞階段開始，重鏈和輕鏈是有成效的。新出現的B細胞劇目是多樣化的，檢測到少量的共享克隆型。與ABM相比，FBM中B系細胞的頻率比胎兒肝臟高10倍，並明顯偏向於早期細胞狀態。由Monocle 3預測的分化軌跡在前B祖細胞階段分支為 "循環 "和 "B細胞分化 "路徑。凋亡基因在非循環原B細胞和前B細胞階段最為豐富，這與未能成功進行重鏈重組和整合到前B受體的細胞的程序性死亡一致。引起B細胞急性淋巴細胞白血病11的一組有限的基因的小缺失和易位，通常出現在嬰兒和兒童期，在FBM的早期B系祖細胞中高度表達，但在同等的ABM階段表達不太明顯。紅細胞前體在胎兒肝臟中占主導地位，而淋巴前體在FBM中最盛行。臍帶血中富含造血幹細胞和多潛能祖細胞、普通淋巴祖細胞和最早的紅細胞前體。細胞周期基因在臍帶血中的富集程度低於胎兒組織造血幹細胞/MPPs，而FBM和胎兒肝臟造血幹細胞/MPPs顯示類似的周期基因富集。HSC/MPPs的差異表達蛋白顯示了粘附分子、生長因子受體以及與HSC激活和再循環相關的分子的組織特異性模式。與無唐氏綜合徵胎兒的造血幹細胞/MPPs相比，來自唐氏綜合徵胎兒的FBM造血幹細胞/MPPs在甲基纖維素上產生的紅細胞集落明顯增多，骨髓細胞集落則較少。在唐氏綜合徵的紅細胞分化假時，細胞周期基因的表達增加，糖酵解基因PKLR的表達升高、持續，表明快速增殖和代謝適應複合了紅細胞的優勢。在早期造血程序中具有明確作用的轉錄因子在唐氏綜合徵胎兒的造血幹細胞/MPPs和MEMPs中的表達水平低於無唐氏綜合徵的胎兒，PySCENIC推斷出相應的調節因子的下調。唐氏綜合徵胎兒的巨核細胞對FLI1的表達水平較低，FLI1是巨核細胞分化的驅動因素，這與最近顯示唐氏綜合徵中FLI1啟動子沉默的數據一致。21號染色體編碼的GABPA的調控子在唐氏綜合徵中的代表性過高，GABPA與造血幹細胞/MPPs的分化和維持有關。唐氏綜合徵的大多數骨髓系過量表達TNF，TNF信號通路基因在唐氏綜合徵胎兒的骨髓、紅細胞、NK和基質細胞中過量代表。CellPhoneDB分析預測，來自唐氏綜合徵胎兒的FBM HSC/MPPs和成熟髓系細胞之間存在統計學意義上的涉及TNF家族蛋白的受體-配體相互作用。作者在FBM中確定了19種基質細胞狀態，這與產後小鼠BM基質19密切相關。兩個主要的內皮細胞集群表達KDR，但CD34的表達有差異。一個集群表達了特徵性的竇狀內皮細胞基因CTSL、STAB2和SELENOP，另一個集群表達了高水平的VIM和CD34，與小鼠的非竇狀內皮細胞有關。非竇道的 "尖端內皮細胞 "表達了生長中的血管結構尖端細胞的典型標記-PDGFB、UNC5B和DLL4。使用多重免疫熒光顯微鏡，作者發現CD34hiVEGFR2lo分支血管毗鄰骺軟骨。VEGFR2hiCD34lo細胞在更遠的區域形成捲曲的結構。壁厚較厚的CD34hi血管與CXCL12+細胞共同定位，在干骺端和干骺端都存在。這種區域劃分讓人聯想到小鼠骨髓中的L型和H型血管，它們在支持造血方面具有不同的作用。小鼠竇狀血管和動脈血管內皮細胞的基因在作者的FBM竇狀血管和尖端內皮細胞中分別富集。CD34+CD117+造血幹細胞/MPPs和祖細胞相對於細胞密度的頻率在干骺端和干骺端區域相似。FBM竇狀內皮細胞的SELE、VCAM1和ICAM2的表達量明顯高於類似的胎兒肝臟竇狀內皮細胞，表面蛋白的表達量也一致較高。FBM竇道內皮細胞表達更多的THBS1，這可能有利於造血幹細胞/MPP的保留和基質金屬蛋白酶，這與成熟細胞排出有關。FBM竇狀內皮細胞也表達更多的CCL14，這與骨髓祖細胞的增殖有關。CellphoneDB預測FBM造血幹細胞/MPPs和基質細胞之間有統計學意義的造血支持作用，包括FLT3-FLT3L和KIT-KITLG。CellPhoneDB分析還預測，HSC/MPPs通過ANGPT2、DLK1、EFNA1和FGF7向頂端和增生的內皮細胞以及骨軟骨前體發出信號。NOTCH配體NOV和DLK1--由CellPhoneDB預測為介導內皮細胞和造血幹細胞/MPP的相互作用--在唐氏綜合徵胎兒的內皮細胞中的表達明顯高於無唐氏綜合徵胎兒的內皮細胞，而NOTCH1在唐氏綜合徵的造血幹細胞/MPP中的表達也增加。NOTCH信號在造血幹細胞/MPPs的出現以及胎兒造血幹細胞的維持和對促炎症信號的反應中具有關鍵作用。探測唐氏綜合症胎兒基質中的炎症程序，作者發現唐氏綜合症胎兒與無唐氏綜合症胎兒的巨噬細胞和破骨細胞中多種炎症途徑的激活，包括TNF途徑。I型干擾素、干擾素-γ和其他炎症細胞因子-1、IL-6、IL-7和IL-12反應途徑在唐氏綜合徵的內皮細胞和骨軟骨細胞中過度表達。作者的集體研究結果顯示，唐氏綜合徵的基質環境發生了改變。這項研究的結果將作為了解生命之初骨髓中造血功能如何發展的一個重要參考。此外，進一步的研究將有助於確定血液和免疫系統的故障在白血病等疾病中發揮什麼作用，對診斷和治療具有重要意義。例如，胎兒的生存取決於整個懷孕期間幾個器官的造血功能的成功啟動。因此，更好地了解這一發育過程有可能為拯救生命的移植療法提供參考，如造血幹細胞移植。原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03929-x#Sec1答案：只有多看高價值標書範文，讓有實操水平的專家來培訓你，讓有實力的專家來給你一對一輔導與修改，比自己閉門造車效率要高多了。
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