NovelBio

上期，小編剛剛為大家解讀了復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院常秀麗教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于重金屬鎘對(duì)神經(jīng)發(fā)生的研究。本期，常老師團(tuán)隊(duì)再次帶來(lái)最新研究成果：“Single-cell RNA sequencing reveals adverse effects of paraquat on the fate commitment of murine neural stem cells”。本篇文章發(fā)表在Science of The Total Environment（IF=7.963）上，揭示了百草枯（Paraquat，PQ）對(duì)小鼠神經(jīng)干細(xì)胞分化的影響。

烈冰Novelbio參與本研究中的單細(xì)胞測(cè)序工作，下面我們一起了解一下本文的研究思路和數(shù)據(jù)分析過(guò)程。

樣本信息

小鼠神經(jīng)干細(xì)胞（mNSCs）的體外培養(yǎng)模型：

原代的mNSCs從C57BL/6小鼠中獲得，而后利用細(xì)胞培養(yǎng)（PQ處理或未處理）獲得P2代mNSCs細(xì)胞，取P2代細(xì)胞。

樣本分組：

對(duì)照組(PQ-)：處理組(PQ+) = 1：1

單細(xì)胞捕獲平臺(tái)：BD Rhapsody 平臺(tái)

捕獲的細(xì)胞數(shù)：PQ（-）組4833個(gè)細(xì)胞，PQ（+）組4962個(gè)細(xì)胞

技術(shù)手段

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序       細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)           免疫熒光技術(shù)

結(jié)果分析

1.mNSCs細(xì)胞類型鑒定

作者利用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，在兩組樣本中分別獲得4833個(gè)細(xì)胞(PQ-)和4962個(gè)細(xì)胞(PQ+)，并劃分為17個(gè)Cluster，其中包括8個(gè)主要細(xì)胞亞型：未成熟神經(jīng)元、神經(jīng)干細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、浦肯野細(xì)胞、神經(jīng)母細(xì)胞、室管膜細(xì)胞、少突膠質(zhì)祖細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞。

圖1 主要細(xì)胞亞型鑒定

2.PQ對(duì)mNSCs分化的影響

作者對(duì)細(xì)胞亞型分析發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組，PQ（+）樣本中未成熟神經(jīng)元、浦肯野細(xì)胞和神經(jīng)母細(xì)胞分別增了18.7%、3.4%和1.7%，而星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞分別減少了16.7%和9.1%。進(jìn)一步，通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)、免疫熒光等技術(shù)驗(yàn)證，作者發(fā)現(xiàn)隨著PQ濃度升高，mNSCs向未成熟神經(jīng)元和神經(jīng)母細(xì)胞數(shù)量減少，即PQ抑制了mNSCs向神經(jīng)元方向分化。

圖2 PQ處理后NSCs的分化歷程

3.PQ對(duì)不同細(xì)胞亞型特異性反應(yīng)

為了探究PQ影響mNSCs分化的機(jī)制，作者利用差異基因表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)PQ處理在多種細(xì)胞亞型中誘導(dǎo)抗氧化損傷基因表達(dá)，如抗氧化損傷基因（Mt1、 Mt3、Prdx6）、核糖體蛋白質(zhì)家族基因（Rpl34、Rpl34ps1和Rpl26）等均上調(diào)，而不同類型細(xì)胞差異表達(dá)基因的數(shù)量有所不同，尤其是差異下調(diào)的基因。

圖3 PQ對(duì)不同亞型細(xì)胞特異性反應(yīng)

此外，作者采用GO富集分析進(jìn)一步評(píng)估了未成熟神經(jīng)元的特異性反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)PQ誘導(dǎo)Cst3、Prdx6、Mt3和Apoe等基因的表達(dá)并顯著富集了氧化應(yīng)激反應(yīng)，結(jié)合Pathway通路分析發(fā)現(xiàn)，PQ處理后細(xì)胞的神經(jīng)退行性疾病信號(hào)通路顯著增強(qiáng)，可能會(huì)通過(guò)p53信號(hào)通路引起細(xì)胞凋亡。

圖4 未成熟神經(jīng)元的GO分析

4.PQ對(duì)未成熟神經(jīng)元調(diào)節(jié)機(jī)制

為進(jìn)一步探究PQ對(duì)未成熟神經(jīng)元的作用機(jī)制，研究者利用免疫熒光技術(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著PQ濃度升高，mNSCs中的細(xì)胞內(nèi)和線粒體活性氧簇（Reactive Oxygen Species, ROS)增加，另外線粒體靶向抗氧化劑MitoTEMPO預(yù)處理減弱了PQ的抑制作用。這些結(jié)果提示PQ通過(guò)干擾線粒體氧化還原平衡而影響mNSCs的分化。

圖5 PQ處理對(duì)未成熟神經(jīng)元的影響

5.PQ處理對(duì)細(xì)胞通訊的影響

最后作者利用CellPhoneDB分析，通過(guò)配受體的表達(dá)水平探究了PQ對(duì)神經(jīng)細(xì)胞間通訊的影響，結(jié)果顯示PQ下調(diào)了大多數(shù)細(xì)胞類型中細(xì)胞間的通訊。此外在未成熟神經(jīng)元中，PQ顯著下調(diào)了PTN-PTPRS/PLXNB2的表達(dá)，這可能影響了未成熟神經(jīng)元的成熟。

圖6 PQ 處理后細(xì)胞通訊分析

總結(jié)：

本研究基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，鑒定出了mNSCs的8種細(xì)胞亞型，發(fā)現(xiàn)PQ改變了mNSCs的分化，導(dǎo)致了神經(jīng)元減少和星形膠質(zhì)細(xì)胞增加，并揭示PQ可能是通過(guò)增加細(xì)胞和線粒體內(nèi)ROS來(lái)影響其分化，為更好地理解PQ的神經(jīng)毒性提供了新的理解。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.147386

烈冰生物

★ 成立于2010年，專注于單細(xì)胞測(cè)序領(lǐng)域科研服務(wù)和設(shè)備耗材研發(fā)。

★ 自2016年起連續(xù)被評(píng)為高新技術(shù)企業(yè)，已獲得5項(xiàng)專利和40+項(xiàng)軟件著作權(quán)。

★ 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方面，烈冰搭建10X/BD單細(xì)胞測(cè)序雙平臺(tái)、流式分選平臺(tái)、Novaseq6000 測(cè)序平臺(tái)和NovelBrain^®生信數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

烈冰支持每位科研和醫(yī)務(wù)工作者，致力于研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品、結(jié)合現(xiàn)有一流高通量測(cè)序技術(shù)平臺(tái)，為用戶提供一流服務(wù)和解決方案，目前已發(fā)表Nature Cell Biology，Immunity等國(guó)際前沿期刊單細(xì)胞測(cè)序文章20+篇，助力多種腫瘤、腦神經(jīng)、白血病，Covid-19、植物研究等等高分文獻(xiàn)發(fā)表！

助力探索生命時(shí)空多維度、全方位的動(dòng)態(tài)變化的生物學(xué)信息；助力精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代！詳情請(qǐng)?jiān)L問(wèn)

“m.halifax-nova-scotia-real-estate.com”

地址：上海漕河涇開(kāi)發(fā)區(qū)浦江科技園新駿環(huán)路138號(hào)2棟201室

電話：400-065-1811  021-51827998

郵箱：tech@novelbio.com

網(wǎng)址：m.halifax-nova-scotia-real-estate.com