CNGBdb数据资源速递 | Protein&Cell:发布蝾螈肢体再生的动态细胞及分子图谱

2020-08-07 158CNGBdb

提到“再生”
第一反应:金刚狼
现实中
这种叫蝾螈的小动物
是拥有再生能力的超能力者

2020年8月3日,来自深圳华大生命科学研究院、青岛华大基因研究院、中国科学院大学华大基因教育中心、中科院生物物理研究所等多家机构的研究人员在《Protein&Cell》杂志发表了其最新研究成果,运用单细胞转录组测序(scRNA-seq)技术分析了墨西哥钝口螈肢体再生全过程的细胞动态变化过程和分子调控特征,为解析多组织结构的再生机制提供了有力参考。

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支持该项研究的数据已保存在国家基因库生命大数据平台(CNGBdb),项目编号:CNP0000706.

研究背景

墨西哥钝口螈(Ambystoma mexicanum)具有强大的再生能力,在失去四肢,尾巴,心脏和视网膜时能够完全再生,相对于哺乳动物非常有限的再生能力,是理想的再生研究模式物种。针对蝾螈再生调控机制的全面深入研究将有望挖掘新的调控通路和靶标,促进形成哺乳类复杂结构完全再生的策略、技术或产品,为再生医学的发展提供参考和指导方向。

近年来发展迅速的单细胞转录组测序技术(scRNA-seq)使研究人员能够在单细胞水平下分析蝾螈再生过程中的细胞动态变化及其分子机制,但已有研究的单细胞转录组图谱仅适用于某些细胞类型或某些再生阶段,仍然缺乏对再生过程中所有细胞类型的完整概述。

因此,研究团队选取了涵盖蝾螈断肢再生的完整生理过程的8个代表性时间点,包括静息阶段(未受伤对照组,0小时)和7个再生阶段(3 h - 33 d),对蝾螈断肢再生组织取样,并进行单细胞测序。

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主要研究结果

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本次研究总共获得了超过41,000个细胞的高质量单细胞转录组数据,在将所有细胞聚类并以流形近似和投影(UMAP)进行降维后,鉴定出了12种表达特定标记的芽基细胞类型,这些细胞类型通过基因差异表达分析(DEGs)得到进一步证实。同时,研究中鉴定出的Prdx2+芽基细胞,在再生过程的细胞动态变化中表现活跃,印证了前期研究。

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研究发现之一是上皮细胞和间充质细胞随再生过程呈现出细胞状态的高度转化。在再生早期,上皮细胞类群的数量下降,基因表达谱也显示上皮细胞向间充质细胞转化(EMT)的趋势;而再生后期则相反,呈现间充质向上皮细胞转化(MET)的趋势。研究人员猜想这一涉及多种细胞类群的EMT-MET转化过程,可能是促进蝾螈断肢完全再生的机制之一。

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发现之二是研究人员通过比较蝾螈肢体再生与小鼠伤癒过程,发现影响疤痕愈合结果的细胞纤维化调控和免疫微环境调控在两种生物中差异极大。其中,蝾螈肢体再生过程的细胞衰老及纤维化水平较低,相关基因表达水平仅于再生中期在个别细胞类型中短暂上调。但是在小鼠伤癒模型中,与细胞衰老及纤维化相关的基因在大多数细胞中均持续高表达。

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此外,研究者在蝾螈再生过程中观察到一群特殊的巨噬细胞类群,根据其基因表达特征初步判定为一类抗炎/促溶解型的巨噬细胞。这群巨噬细胞出现在蝾螈肢体再生早期并持续存在于再生重塑的关键时期,其作用可能是拮抗促炎症型巨噬细胞并抑制炎症反应;有趣的是,在小鼠伤癒的前中期并未检测到这类具有相应表达特征的抗炎/促溶解型巨噬细胞,相反促炎症型的巨噬细胞则于伤癒早期即在伤口处开始富集。

综上,蝾螈再生过程中独特的纤维化调控特征,以及由抗炎型巨噬细胞构成的特异性免疫微环境,很有可能是蝾螈无疤痕的结构重建型再生的关键。

研究意义

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此项研究的取样覆盖了从起始阶段到完全恢复阶段的完整再生过程,从单细胞的角度解析了蝾螈断肢再生的细胞和分子机制,为高度动态的细胞重编程和微环境提供了全面的数据,为多组织结构如何以时空方式再生提供了线索和论点,为后续工作打开了视野,并为建立完善的哺乳动物再生模型及揭示高等动物组织再生规律,提供了理论基础和指导方向。

如何将数据存储至CNGBdb并完成文章发表?

CNGBdb 的数据[存]储功能由旗下的国家基因库序列归档系统(CNSA,db.cngb.org/cnsa)负责,这是国内首个实现在线批量上传和审编的组学数据归档库,可支撑全球科研成果发表。截至2020年7月31日,CNSA已支持论文发表147篇,发表期刊92个,包括Cell、Nature、Science、Lancet等。

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参考文献:
Li H, Wei X, Zhou L, et al. Dynamic cell transition and immune response landscapes of axolotl limb regeneration revealed by single-cell analysis [published online ahead of print, 2020 Aug 3]. Protein Cell. 2020;10.1007/s13238-020-00763-1. 
图片来源:参考文献,CNGBdb官网。

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