文獻學習044--[sc+st]雞心臟發(fā)育的時空單細胞測序揭示細胞分化和形態(tài)發(fā)生之間的相互作用

作者提供了數(shù)據(jù)和代碼降淮。

1. Spatially resolved single-cell transcriptomics census of developing embryonic chicken hearts

Fig 1a:作者取了Hamburger-Hamilton心室發(fā)育分期1的四個重要時間點的雞胚心臟溶弟,進行了單細胞和空間轉錄組測序喜滨。單細胞一共測了72個胚心 (混樣),得到22315個細胞。空轉測了12個樣品箱残,得到超過6800個barcoded spots。

時間點 Hamburger-Hamiltons stage 心臟結構 含義
day 4 HH21- HH24 whole ventricles corresponding to the early chamber formation stage during the initiation of ventricular septation and only trabeculated myocardium
day 7 HH30-HH31 left and right ventricles one of the earliest stages of cardiac four-chamber formation with ventricular septation almost complete but the myocardium containing mostly fenestrated trabeculated sheets
day 10 HH35- HH36 left and right ventricles a mid-four chamber development stage with septation complete and mostly compact myocardium
day 14 ~HH40 left and right ventricles a late four-chamber development stage with completely compact myocardium and the main events of cardiogenesis essentially complete.

day14單細胞樣品測得的基因數(shù)好低哦止吁,看起來均值只有300左右被辑。空轉測到的基因數(shù)倒是非常多敬惦,感覺一個spots都要接近3000了盼理。

Supplementary Figure 1

Fig 1b-d:單細胞數(shù)據(jù)注釋得到15個細胞群,然后將注釋信息學transfer給空轉俄删。d圖展示了一個每個細胞群的marker基因(做雞的數(shù)據(jù)分析的可以參考一下這一個)榜揖。
Fig 1e:空轉的細胞類型預測評分隨后被用于估計特定細胞類型共定位情況勾哩。作者對所有cardiac cell type pairs構建了proximity maps,以和弦圖的方式展示了出來举哟。(??stlearn可以做)

As proximity is a necessity for physical interactions between two or more cells, these cell-type proximity maps can be used to guide the discovery of interactions between cell types from the same or different lineages.

結果顯示在d7思劳,心肌細胞和心內(nèi)膜細胞存在顯著共定位,d10和d14妨猩,心肌則是和血管內(nèi)皮和成纖維細胞共定位潜叛。這也和預期是一致的,7天時候心內(nèi)膜細胞沿心肌小梁排列壶硅,10天和14天的時候內(nèi)皮和成纖維開始存在于compact myocardium威兜。

2. Spatially resolved cardiac lineage analysis

Fig 2a:作者使用monoclePHATE對epicardial, endocardial 和 myocardial細胞做了擬時序分析。
Fig 2b, c:心外膜細胞在這個時期存在明顯的分化軌跡:心外膜-基質(zhì)轉化(EMT)前(HH24–day 4)--EMT期間和心外膜分化(HH31–day 7)--心外膜分化期和分化完成期(HH36–day 10和HH40–day 14)1庐椒。
因此作者選擇了epi-epithelial (TCF21+ WT1+ TEK?), epi-mesenchymal (TCF21+ TEK?), fibroblast cells (TCF21+ POSTN+ TEK?)和mural cells作為epicardial lineage的細胞椒舵,做了軌跡分析。重新聚類得到5個群约谈,包括一個early epicardial progenitor cells群 (C1),2個intermediate precursor cell群 (C2和C3), 一個fibroblast-like cell群 (C4)和一個mural cell群 (C5)笔宿。而且它們之間存在明顯的從d4-d14的分化軌跡。
Fig 2d:Pseudotime correlated well with stages in spatial data and identified significant within-stage variability at days 7 and 10 with a presence of undifferentiated cells in the epicardium lining and differentiated cells in the myocardium
Fig 2e:smFISH驗證擬時序的結果棱诱,檢測各細胞群的空間定位泼橘。

3. Spatiotemporally resolved local cellular heterogeneity in developing cardiac tissue

Fig 3a:為了探究胚胎心室的轉錄差異,作者對空轉的結果進行了聚類迈勋,并根據(jù)解剖部位做了分區(qū)炬灭。(??注意這個解剖分區(qū),有借鑒意義C夜健)
Fig 3b:結合前面Fig 1c的結果重归,統(tǒng)計了不同解剖部位心臟的細胞占比。
Fig 3c:細胞類型異質(zhì)性結果顯示2-8種細胞類型contributed to each local transcriptome (number of distinct cell types with a prediction score greater than 5%)厦凤,瓣膜區(qū)細胞類型異質(zhì)性低鼻吮,心臟小梁區(qū)異質(zhì)性高。 在d14泳唠,我們觀測到一些高異質(zhì)性的點分散在致密的心室中狈网,包圍著血管網(wǎng)絡宙搬。
Fig 3d-h:展示了一些空間高變基因
Fig 3i:smFISH驗證空間高變基因的表達

隨后作者查看了一些congenital heart defects (CHD)相關基因的時空表達笨腥,根據(jù)結果做了解釋。

4. A persistent enrichment of thymosin beta-4 expression in coronary vascular cells

在Fig 1b中勇垛,非監(jiān)督聚類得到了一群TMSB4X high細胞脖母,這群細胞在4個時間點的心臟中穩(wěn)定存在。TMSB4X編碼胸腺素beta-4闲孤,一個著名的多效分泌小分子蛋白谆级,在肌動蛋白骨架形成烤礁,細胞運動,存活和分化中起到重要作用肥照。
目前脚仔,對于這個分子在心臟發(fā)育過程中的細胞特異性時空表達了解較少。因此作者接下來探究了這群細胞表型和轉錄的異質(zhì)性舆绎。
Fig 5a:對1075個TMSB4X high細胞重新聚類鲤脏,得到3個cluster,它們各自有代表性的marker基因吕朵。
Fig 5b:做了TMSB4X high細胞和其他細胞的差異分析猎醇,畫了火山圖。對高表達基因做了功能富集努溃,推斷了細胞功能(附件)硫嘶。
Fig 5c-f:TMSB4X的smFISH染色,驗證了這群細胞的定位梧税。

文章做的還是比較簡單:
1. 展示單細胞和空轉測序結果和細胞分群(sc+st)
2. 空間擬時序(sc+st)沦疾,看擬時序相關基因的空間表達
3. 空間高變基因(st)
4. 挑個有意義的細胞群做一下差異分析和功能富集


??2和3其實也就是空轉做差異分析的常規(guī)思路:

  • 探究亞群上調(diào)基因研究區(qū)域異質(zhì)性
  • 區(qū)域組間差異分析揭示不同樣本的基因功能

參考:空間轉錄組差異及富集分析應用思路


References

  1. Martinsen, B. J. Reference guide to the stages of chick heart embryology. Dev. Dyn. 233, 1217–1237 (2005).
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