文章信息

标题：Single-cell transcriptome profiling reveals molecular heterogeneity in human umbilical cord tissue and culture-expanded mesenchymal stem cells
中文：单细胞转录组分析揭示了人脐带组织和培养扩增的间充质干细胞的分子异质性
杂志：FEBS Journal
单位：BGI
时间：2021

摘要

人脐带源间充质干/基质细胞 (UMSCs) 在再生医学中表现出巨大的治疗潜力。将 UMSCs 用于临床应用需要大量和高质量的细胞，通常是通过体外扩增。然而，在单细胞分辨率下培养的 UMSCs 和同源人脐带组织的异质性和特征仍然不清楚。在这项研究中，我们创建了人类脐带组织和同源培养扩增的 UMSC 的单细胞转录组谱。基于细胞簇的推断特征和轨迹分析，我们在培养扩增的 UMSC 中确定了三个亚组，并确定了调节 UMSC 状态转变的新转录因子 (TF)。此外，推定的配体-受体相互作用分析表明，细胞相互作用最常发生在上皮样细胞与脐带组织中的其他细胞群中。此外，我们剖析了体外和体内亚组的转录组差异，并推断了可能在 UMSCs 中激活以进行体外细胞扩增的端粒相关分子和途径。我们的研究提供了对人类脐带组织及其同源培养对应物的转录组学的全面综合研究，为更深入地了解细胞异质性铺平了道路，并为基于 UMSCs 的细胞疗法提供了基本的生物学见解。

1. 培养扩增的 UMSCs 的细胞异质性

工作流程：

tSNE分析，基因数，细胞数，细胞周期：

MSC-positive/negative marker gene的表达（FACS流式）：

MSC-positive/negative marker gene的表达模式（RNA-seq）：

Selected commonly or DEGs在亚组中的表达水平：

2. 培养扩增的 UMSCs 的分子特征

各亚群top DEGs表达热图：

DEGs GO富集分析对应UMSC亚群：

MKI67, THY1 (CD90), HMGB2, and FOS免疫染色（三次重复）：

3. cultured UMSCs动态转录变化

跨三个UMSC亚组轨道构建，
selected基因在三个亚组重构轨道中的表达模式。
细胞表面marker在三个亚组间的差异表达水平。

MKI67, TNFRSF12A, HMMR, PDGFRA免疫颜色，
MKI67+/HMMR+ and MKI67+/ TNFRSF12A+ 试管内实验。
三个亚组差异表达基因集表达热图。

SCENIC调节子分析热图。转录因子和表达一致的靶标基因网络图。

4. cultured UMSCs中的转录因子调节网络

转录因子和TRRUST数据库预测的靶基因的表达水平。

MKI67, JUN, GJA1, TFDP1, and SSRP1免疫染色（重复三次）。
CCK-8检测细胞活力分析SSRP1 inhibitor CBL0137对培养细胞的作用。

5. 人脐带组织细胞异质性

脐带组织原代细胞 t-SNE分析

各cluster中top DEGs热图（z-score标注化）。
每个细胞群中selected DEGs的表达水平。

DEG富集的Selected GO terms

6. 人脐带组织跨细胞群受体配体交流

原代细胞分析的受体配体互作

代表性受体-配对表达水平。
PLAU and PLAUR免疫染色。

7. 原代和培养UMSC整合分析

t-SNE分析，细胞亚组分析

原代和培养细胞亚组比例。
原代和培养DEG热图。

上调基因Selected GO terms

8. 原代和培养的转录表达差异

每个细胞亚群中selected DEG表达情况

层次聚类分析揭示培养和原代的关系

selected配体-受体在各个细胞群中的表达模式