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文献解读 | 通过单细胞转录组测序探究ADRB3诱导的脂肪重塑轨迹

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浏览:- 发布日期:2018-09-14 10:28:56【

摘要

10X Genomics Chromium™ 作为单细胞测序的重要里程碑,已广泛应用于肿瘤细胞异质性、免疫细胞群体检测以及胚胎发育等研究。

继上一篇介绍了10X Genomics Chromium™基本原理,今天将为大家解读一篇10X Genomics在干细胞研究中的新案例。

该文章于2018年发表在《Cell Metablisim》,期刊影响因子:20.656。


基本信息

材料:小鼠附睾白色脂肪组织、腹股沟白色脂肪组织

方法:FACS、10X genomics单细胞转录组测序

期刊:Cell Metablisim

影响因子:20.565


研究背景

  1. CL316243处理可以诱导白色脂肪细胞转化为米色脂肪细胞,从而消耗能量。
  2. 白色脂肪可以转化为米色脂肪,但不同部位转化机制不同。附睾白色脂肪(eWAT)中涉及到巨噬细胞诱导的白色脂肪细胞凋亡和清除,招募脂肪干细胞进行增殖和分化,而腹部白色脂肪(iWAT)中脂肪干细胞似乎并没有大量增殖,更像是直接从白色脂肪中转换成米色脂肪。
  3. 过去的研究手段无法分析脂肪基质细胞的异质性以及追踪干细胞分化成米色脂肪细胞的轨迹。

研究目的

通过单细胞转录组测序分析白色脂肪向米色脂肪转化过程中基质细胞的异质性和脂肪干细胞分化轨迹。

技术路线

图1 | 技术框线示意图

对CL处理三天的小鼠脂肪组织分离基质血管细胞,通过单细胞转录组测序鉴别基质细胞的类型并探究脂肪干细胞的分化轨迹。

具体研究路线如下图所示,文章大致可以分为4个部分的研究内容:

1. 对CL处理后eWAT中的基质细胞进行亚群分类,即异质性研究;

2. 探究eWAT中脂肪干细胞向脂肪细胞得分化过程;

3. eWAT白色脂肪向米色脂肪转化过程中巨噬细胞的调控作用;

4. 脂肪重塑过程中,eWAT和iWAT中脂肪干细胞的表达差异。

图2 | 研究路线

 

研究内容

1. 流式分选的脂肪祖细胞存在异质性

利用FACS分选脂肪祖细胞(PDGFRA+ CD44),发现CL处理后PDGFRA+ CD44+比例显著上升,表明CL处理显著富集了脂肪祖细胞。常规转录组基因功能富集发现,高表达基因被富集到多个功能条目,表明FACS分选的脂肪祖细胞可能存在异质性。

图3 | FACS分选结果

2. 脂肪干细胞的异质性研究

对eWAT基质细胞进行磁珠筛选,筛选出Lin+细胞(认为是免疫细胞)和Lin-细胞(认为是脂肪干细胞),进行单细胞转录组测序。聚类结果发现Lin-细胞群可以被聚为八个亚细胞群,包括四个脂肪干细胞亚群,表明脂肪干细胞存在异质性。此外,CL的处理显著富集了Pro.ASC(增值型的脂肪干细胞)和Diff.ASC(分化型的脂肪干细胞)。

图4 | eWAT中脂肪干细胞的异质性

 

3. 脂肪干细胞向脂肪细胞的分化轨迹研究

通过脂肪形成过程中的一系列marker基因,描绘脂肪的形成过程。如图3 B所示,可以看到早期干细胞marker基因pdgfra在ASC1中表达,细胞分化的marker基因Plin1和脂蛋白形成相关基因Adig在Pro.ASC和Diff.ASC两个亚群中高表达。这些基因在不同脂肪干细胞中的差异表达,反映了脂肪干细胞分化为脂肪细胞的轨迹。

图5 | 脂肪形成的差异化轨迹

4. 巨噬细胞的调控作用研究

为了探究免疫细胞在eWAT脂肪重塑中的作用,作者对免疫细胞(Lin+细胞)进行单细胞测序。结果发现CL处理显著富集了巨噬细胞。如图4 C中,作者将巨噬细胞亚群进一步聚类分析。其中绿色部分的巨噬细胞高表达骨桥蛋白、蛋白水解、胞外基质重塑等基因,表明该巨噬细胞亚群可能在清除白色脂肪细胞和招募脂肪干细胞中发挥重要作用。

 

图6 | 免疫细胞的异质性分析

5. eWAT和iWAT中脂肪干细胞的表达差异性研究

图7 | eWAT和iWAT中脂肪干细胞的表达差异性

对control组eWAT和iWAT中的脂肪干细胞进行聚类分析发现,两个部位的ASC表达各有不同。eWAT主要表达ASC1,iWAT主要表达ADC2。ASC1和ASC2中的大部分基因表达量相似,但脂肪形成转录因子Cebpa和Pparg在ASC1中的表达量较高,而在ASC2中几乎不表达,表明ASC2可能不能分化成脂肪细胞。

 

参考文献

Burl, Rayanne B., et al. "Deconstructing Adipogenesis Induced by β3-Adrenergic Receptor Activation with Single-Cell Expression Profiling."Cell Metabolism(2018).

 

 

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BYB  撰文

本文系欧易生物原创

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