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                              烈冰助力丨單細胞測序揭示百草枯對小鼠神經干細胞分化的不利影響

                              時間:2021-12-13    |    閱讀量:252

                              NovelBio

                              上期,小編剛剛為大家解讀了復旦大學公共衛生學院常秀麗教授團隊關于重金屬鎘對神經發生的研究。本期,常老師團隊再次帶來最新研究成果:“Single-cell RNA sequencing reveals adverse effects of paraquat on the fate commitment of murine neural stem cells”。本篇文章發表在Science of The Total Environment(IF=7.963)上,揭示了百草枯(Paraquat,PQ)對小鼠神經干細胞分化的影響。


                              烈冰Novelbio參與本研究中的單細胞測序工作,下面我們一起了解一下本文的研究思路和數據分析過程。

                              樣本信息

                              小鼠神經干細胞(mNSCs)的體外培養模型

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

                              樣本分組

                              對照組(PQ-):處理組(PQ+) = 1:1

                              單細胞捕獲平臺:BD Rhapsody 平臺

                              捕獲的細胞數:PQ(-)組4833個細胞,PQ(+)組4962個細胞

                              技術手段

                              單細胞轉錄組測序       細胞培養技術           免疫熒光技術

                              結果分析

                              1.mNSCs細胞類型鑒定

                              作者利用單細胞測序技術,在兩組樣本中分別獲得4833個細胞(PQ-)和4962個細胞(PQ+),并劃分為17個Cluster,其中包括8個主要細胞亞型:未成熟神經元、神經干細胞、星形膠質細胞、浦肯野細胞、神經母細胞、室管膜細胞、少突膠質祖細胞和少突膠質細胞。

                              圖1 主要細胞亞型鑒定

                              2.PQ對mNSCs分化的影響

                              作者對細胞亞型分析發現,相比于對照組,PQ(+)樣本中未成熟神經元、浦肯野細胞和神經母細胞分別增了18.7%、3.4%和1.7%,而星形膠質細胞和神經干細胞分別減少了16.7%和9.1%。進一步,通過細胞培養、免疫熒光等技術驗證,作者發現隨著PQ濃度升高,mNSCs向未成熟神經元和神經母細胞數量減少,即PQ抑制了mNSCs向神經元方向分化。

                              圖2 PQ處理后NSCs的分化歷程

                              3.PQ對不同細胞亞型特異性反應

                              為了探究PQ影響mNSCs分化的機制,作者利用差異基因表達分析,發現PQ處理在多種細胞亞型中誘導抗氧化損傷基因表達,如抗氧化損傷基因(Mt1、 Mt3、Prdx6)、核糖體蛋白質家族基因(Rpl34、Rpl34ps1和Rpl26)等均上調,而不同類型細胞差異表達基因的數量有所不同,尤其是差異下調的基因。

                              圖3 PQ對不同亞型細胞特異性反應

                              此外,作者采用GO富集分析進一步評估了未成熟神經元的特異性反應,發現PQ誘導Cst3、Prdx6、Mt3和Apoe等基因的表達并顯著富集了氧化應激反應,結合Pathway通路分析發現,PQ處理后細胞的神經退行性疾病信號通路顯著增強,可能會通過p53信號通路引起細胞凋亡。

                              圖4 未成熟神經元的GO分析

                              4.PQ對未成熟神經元調節機制

                              為進一步探究PQ對未成熟神經元的作用機制,研究者利用免疫熒光技術,發現隨著PQ濃度升高,mNSCs中的細胞內和線粒體活性氧簇(Reactive Oxygen Species, ROS)增加,另外線粒體靶向抗氧化劑MitoTEMPO預處理減弱了PQ的抑制作用。這些結果提示PQ通過干擾線粒體氧化還原平衡而影響mNSCs的分化。

                              圖5 PQ處理對未成熟神經元的影響

                              5.PQ處理對細胞通訊的影響

                              最后作者利用CellPhoneDB分析,通過配受體的表達水平探究了PQ對神經細胞間通訊的影響,結果顯示PQ下調了大多數細胞類型中細胞間的通訊。此外在未成熟神經元中,PQ顯著下調了PTN-PTPRS/PLXNB2的表達,這可能影響了未成熟神經元的成熟。

                              圖6 PQ 處理后細胞通訊分析


                              總結:

                              本研究基于單細胞轉錄組測序,鑒定出了mNSCs的8種細胞亞型,發現PQ改變了mNSCs的分化,導致了神經元減少和星形膠質細胞增加,并揭示PQ可能是通過增加細胞和線粒體內ROS來影響其分化,為更好地理解PQ的神經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,專注于單細胞測序領域科研服務和設備耗材研發。


                              ★ 自2016年起連續被評為高新技術企業,已獲得5項專利和40+項軟件著作權。


                              ★ 實驗平臺方面,烈冰搭建10X/BD單細胞測序雙平臺、流式分選平臺、Novaseq6000 測序平臺和NovelBrain®生信數據分析平臺。

                              烈冰支持每位科研和醫務工作者,致力于研發創新技術產品、結合現有一流高通量測序技術平臺,為用戶提供一流服務和解決方案,目前已發表Nature Cell Biology,Immunity等國際前沿期刊單細胞測序文章20+篇,助力多種腫瘤、腦神經、白血病,Covid-19、植物研究等等高分文獻發表!

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