空間轉(zhuǎn)錄組測序研究案例二和思路分享

細胞的空間位置就如同宇宙中行星的運行軌跡，對細胞、組織功能具有無可比擬的作用，同時基因表達的位置信息對于理解組織功能和病理變化具有重要的意義。空間轉(zhuǎn)錄組測序技術對于空間位置研究來說是一個突破，目前也可將空間轉(zhuǎn)錄組測序技術與單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術相結(jié)合，綜合兩種技術能夠?qū)崿F(xiàn)不同單細胞亞群的空間定位和對空間轉(zhuǎn)錄組位置區(qū)域的細胞類型注釋。

本期推送帶來兩個研究案例，幫助你進一步了解空間轉(zhuǎn)錄組測序技術是如何幫助科研工作者解決問題的。

案例一

研究背景

下丘腦中的多種神經(jīng)元在青春期發(fā)育過程中對多個基因的轉(zhuǎn)錄活性進行復雜的調(diào)控，以激活下丘腦-垂體-性腺通路。青春期相關細胞組成的鑒定和不同細胞獨特轉(zhuǎn)錄特征的表征，有利于分離特定神經(jīng)元和深入了解它們的功能。

研究方法

通過10x Genomics Visium平臺和雌性Sprague-Dawley大鼠出生后第25、35和45天的下丘腦來構(gòu)建弓狀核 (ARC) 中基因表達的動態(tài)空間圖譜。通過流式細胞術檢測，利用親吻素神經(jīng)元選擇性表達的表面蛋白對體外培養(yǎng)的神經(jīng)元進行分類。使用Smart-seq檢測分離細胞的轉(zhuǎn)錄組。

大鼠下丘腦細胞群的空間轉(zhuǎn)錄組測序

研究結(jié)果

在ARC中發(fā)現(xiàn)了4個具有相似基因表達特征的神經(jīng)元亞群。只有一個亞群能夠穩(wěn)健表達Kiss1，這一亞群可以通過一種獨特的膜表面生物標志物SLC18A3分離。此外，呈現(xiàn)三個表達模塊的不同亞群中的基因在每個青春期階段都有明顯的功能。不同類型的細胞在神經(jīng)膠質(zhì)或神經(jīng)元分化、激素分泌以及雌二醇反應等方面表現(xiàn)出不同的功能，它們之間精確地相互影響和協(xié)調(diào)，從而形成了一個復雜的下丘腦-垂體-性腺通路啟動和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。

根據(jù)12436個spot中5179個基因整體表達關系的轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)細胞被分為14個簇

研究意義

該研究揭示了不同青春期階段ARC的全面轉(zhuǎn)錄組學概述，這可以作為研究青春期和性發(fā)育障礙的寶貴資源。

案例二

研究背景

Wnt蛋白在包括前列腺在內(nèi)的許多器官的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)和疾病進展中發(fā)揮關鍵作用。然而，Wnt蛋白在不同發(fā)育階段的前列腺細胞譜系和前列腺癌中的時空表達模式仍未被充分表征。

研究方法

研究通過流式細胞術分離發(fā)育和成熟小鼠前列腺上皮細胞和基質(zhì)細胞，并測定了Wnt配體的表達水平。使用10x Genomics Visium空間基因表達分析來確定Wnt配體在小鼠前列腺中的空間分布。利用激光捕獲顯微鏡結(jié)合基因表達分析，研究還確定了Wnt信號成分在晚期人類前列腺癌標本間質(zhì)和癌細胞中的表達模式。為了研究基質(zhì)衍生的Wnt配體如何影響前列腺發(fā)育和穩(wěn)態(tài)，研究使用Col1a2-CreERT2小鼠模型來特異性地破壞前列腺基質(zhì)細胞中的Wnt轉(zhuǎn)運蛋白。

研究結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)前列腺基質(zhì)細胞是幾種Wnt配體的主要來源。10× Genomics Visium空間基因表達分析揭示了前列腺腺中Wnt配體的明顯空間分布。此外，研究還發(fā)現(xiàn)Wnt信號成分在原發(fā)性和晚期人類前列腺癌的基質(zhì)區(qū)室中高度表達。阻斷基質(zhì)Wnt分泌減弱了前列腺上皮的增殖和再生，但不影響細胞存活和譜系維持。

成年小鼠前列腺Wnt配體的空間基因表達分析。（A）小提琴圖顯示了10周齡C57BL/6小鼠前列腺前葉遠端和近端導管中11個Wnt配體的平均表達水平。空間基因表達分析中未檢測到其他Wnt配體，小提琴圖中未顯示。統(tǒng)計分析基于四個獨立的實驗進行。（B）Wnt4、Wnt5a、Wnt7b、Wnt9a和Wnt10a在前列腺前葉和尿道中空間基因表達水平的代表性圖像。

研究意義

研究證明了基質(zhì)衍生的Wnt配體在前列腺發(fā)育和穩(wěn)態(tài)中的關鍵作用。

參考文獻：

[1] Zhou S, Zang S, Hu Y, et al.Transcriptome-scale spatial gene expression in rat arcuate nucleus duringpuberty. Cell Biosci. 2022;12(1):8. Published 2022 Jan 21.doi:10.1186/s13578-022-00745-2

[2] Wei X, Roudier MP, Kwon OJ, etal. Paracrine Wnt signaling is necessary for prostate epithelial proliferation.Prostate. 2022;82(5):517-530. doi:10.1002/pros.24298