撰文
Qi
细胞可塑性是脊椎动物各种器官对损伤作出反应的基本特性，组织损伤会触发干/祖细胞的激活和增殖，以恢复骨、皮肤和骨骼肌等的内环境平衡，分化细胞也可以被激活发生去分化，如肝切除术后的肝细胞，若损伤不可逆转，也可能引发细胞死亡途径。揭示细胞遭受损伤时的早期转录图谱对于理解其特性和开发实验操作工具至关重要。然而，尽管已经进行了广泛的研究，早期细胞类型特异性或保守的组织损伤反应在体内发生的程度、动力学和性质仍不清楚。其中，主要限制是，细胞离解的操作过程诱导的转录变化可能会掩盖实际损伤诱导的变化。因此，考虑到转录组研究的重要性与日俱增，了解这些变化是由细胞离解和RNA回收方法相关的人工操作因素引起的，还是由实际上微环境信号丢失引起的是至关重要的。
近日，来自法国巴黎第十二大学的PhilipposMourikis团队和FredericRelaix团队在CellStemCell杂志上合作发表了一篇题为Tissuedamageinducesaconservedstressresponsethatinitiatesquiescentmusclestemcellactivation的文章，这项研究定义了体内组织完整性受到干扰后引发细胞活化的早期事件，并确定了与细胞特异性适应性改变平行作用的普遍应激反应。
首先，为了测试细胞类型和组织间细胞离解的影响，作者对完整或离解的小鼠骨骼肌和肝脏进行了snRNA-seq，鉴定的个单核转录组中完整细胞和离解细胞之间存在明显的转录差异，且几乎所有离解细胞都表现出一种典型的应激反应基因Jun的高诱导。作者发现了一个由98个基因组成的保守转录基因集，并将该基因集的平均表达指定为“应激指数”。这种应激指数与细胞的离解时间之间呈现出强烈的相关性，且这种相关性适用于各个器官，例如离解超过60分钟的器官表现出高应激指数，而不超过20分钟的则表现为低应激指数。此外，在该基因集中，与MAPK信号、生长因子和细胞因子的反应以及转录起始相关的通路发生富集。
然而，上述转录组变化时在实验性细胞离解过程中发现的，体内组织损伤的早期转录反应仍然未知。为了解决这个问题，作者在化学性肝和骨骼肌损伤后不久立即进行了单核转录组学分析。作者分别将四氯化碳（CCl4）和氯化钡（BaCl2）注射至肝脏和后肢肌肉诱导损伤并生成snRNA-seq图谱，分析也同样显示损伤与未损伤组织之间存在明显的转录差异。进一步地，为了扩大对体内特殊干细胞群体的动力学分析，作者在损伤后的不同时间点对原位固定（insitufixation,iSiFi）处理的肌肉细胞样本进行SMARTseq2scRNA-seq。在BaCl2损伤后2小时和4小时（T2和T4），使用荧光激活细胞分选（FACS）离解肌肉细胞，并与未损伤肌肉（T0）进行比较。值得注意的是，T0肌肉细胞形成了一个独特紧密的簇，表明细胞群相对均匀，而T2和T4细胞则显得更为分散。此外，分析提示所有细胞从T0至T4状态存在一个连续的轨迹，且体内激活的肌肉干细胞（musclestemcells,MuSCs）表现出应激核心基因的强烈和瞬时诱导，提示早期反应基因的转录是瞬时和动态的。
为了进一步确定MuSCs退出静息期的动力学，作者在iSiFi处理的肌肉细胞上生成了一个完整的时间过程转录图谱。在标准离解过程中，每隔30分钟用流式细胞仪离解原位固定的肌肉细胞，持续2小时并进行RNA-seq，此外，引入15分钟的时间点（T15）来检测早期转录事件，通过主成分分析按时间点对样本进行聚类，且沿着三个主要成分形成清晰的激活轨迹。15分钟后，42个基因显示上调，大多数差异表达事件发生在T60，并在T达到最大值（见图1）。
图1.MuSCs退出静息期的动力学时程分析（C图中数字分别代表不同时间节点上调和下调的基因数量）接下来，作者重点研究了MAPK和Notch两条对组织损伤反应相反的信号通路，MAPK被强烈且立即诱导，而Notch则随着肌肉细胞进入肌源性程序而逐渐下调。为了测试其在早期肌肉细胞激活期间的潜在相互作用，作者产生了在MuSCs中条件性过表达一种组成性活性形式Notch1（NICD）的小鼠（Pax7CreERT2;Rosastop-NICD），并在有无ERK1/2抑制剂SCH的条件下培养肌肉细胞。结果提示早期ERK信号是肌肉细胞增殖的驱动力，而Notch下调启动了肌源性分化的进程。
总的来说，这项研究通过分析两个高度再生组织的大量不同细胞，定义了一个保守的组织损伤转录反应，并提出这一反应主要取决于应激源信号的持续时间，而不是细胞类型。作者设计出一种专门的研究方法，在组织细胞处于其原生组织的背景下准确地捕捉细胞的转录状态并产生单细胞图谱，这对于反映体内稳态和病变组织中细胞的真实分子状态而言十分重要。
原文链接：
转载请注明地址:http://www.1xbbk.net/jwbzn/4593.html
