單細胞測序 | 卡路里限制重編程衰老大鼠的單細胞轉錄全景圖

最近受愛思考的熊啟發(fā)在文獻記錄方面的啟發(fā)疗疟，開始進行文獻閱讀記錄匙隔。當前文獻記錄的脈絡參考了他推送中的記錄方式者冤。

Caloric Restriction Reprograms the Single-Cell Transcriptional Landscape of Rattus Norvegicus Aging

Ma et.al.; Cell 180, 984–1001, March 5, 2020; https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.008

Abstract

background

衰老是全身多種組織功能下降的原因，而這種progressive loss可以被卡路里限制 (caloric restriction, CR)所延緩(delayed)潦蝇。

aims (problems to be solved)

然而番捂，衰老過程和經(jīng)受CR改善的細胞圖譜和標志物尚未被描述用踩。

experimental design

這里渠退，我們建立了衰老的和接受CR的大鼠(rat)的多組織單細胞/單細胞核轉錄組 atlases.

key results

CR 延緩(attenuate) 了衰老相關的變化，具體包括細胞組成脐彩、基因表達和核心轉錄調(diào)控網(wǎng)絡
免疫細胞隨衰老增加碎乃，而CR選擇性地逆轉了衰老所擾亂的免疫生態(tài)系統(tǒng) (the aging-disturbed immune ecosystem)
計算預測表明在衰老過程中觀察到的異常細胞間交流，包括過度的促炎性配體-受體相互作用惠奸，可以被CR所逆轉

summary

我們的工作提供了衰老和接受CR的哺乳動物的多組織單細胞轉錄全景圖 (landscapes), 增強我們對于CR作為一種穩(wěn)健的老年保護干預手段的認知梅誓；并揭示了代謝干預是如何作用于免疫系統(tǒng)以更改衰老的進程

Results

Construction of Rat Cell Atlases by scRNA-Seq
- 實驗流程圖展示年輕大鼠（5-month-old）到中年時（18-month-old）開展Aging (隨意進食(ad libitum, AL))和CR (70% Caloric Restriction)實驗到27-month-old時取樣進行單細胞測序。同時，展示單細胞測序取樣的示意圖梗掰，圖上標了9個組織删豺，實際測了7個組織 (BAT, WAT, livers, kidneys, aortas, skin, and bone marrow (BM) )。
- 在衰老過程中愧怜，CR大鼠相較正常大鼠的體重較低，血糖水平相當妈拌，壽命延長（lifespan median較正常大鼠增加5個月）
- 單細胞圖譜：整合展示不同年齡拥坛、不同進食條件，以及不同的測序技術的profiles
- 展示各細胞類型在不同組織中的分布比例
Changes in Cell Proportions during Aging and CR
- dot-plot 展示各細胞類型在不同組織中的占比尘分，并比較不同狀態(tài)的細胞比例變化 (Young-AL/Old-AL & Old-AL/Old-CR)
- 觀察免疫細胞 (Ptprc+)在不同狀態(tài)下的細胞圖譜猜惋，發(fā)現(xiàn)免疫細胞，例如Neutrophil and Plasmocyte 在衰老過程中增加培愁，while rescued by CR; 此外著摔，在衰老的組織中，M1 (促炎) / M2 (抑炎) 的比例有所上升定续，而CR也可以逆轉這種上升的比例谍咆，表明CR誘導巨噬細胞從促炎型到抑炎型的極化
Changes in Transcriptional Profiles during Aging and CR
- aging DEGs: Young-AL/Old-AL
- CR DEGs: Old-AL/Old-CR
- rescue DEGs: reversal differential expression by CR
- Heatmap 展示不同組織當中rescue DEGs 和aging DEGs，CR DEGs的數(shù)目
CR as an Effective Intervention to Reprogram the Aging Transcriptome
- 韋恩圖展示所有組織中私股，aging DEGs, CR DEGs 以及rescue DEGs
- 風玫瑰圖分別展示三種DEGs在不同組織中的分布
- Rescue DEGs的功能富集分析
- 韋恩圖展示各組織rescue DEGs的overlap摹察，標注一部分有生物學意義的基因
DEG Networks Resolving Gene Expression Heterogeneity among Different Cell Types
- 為了探究DEGs的細胞特異性，使用基因表達網(wǎng)絡分析倡鲸，并統(tǒng)計各個細胞中的aging DEGs, rescue DEGs 和兩者的比例供嚎。作者用網(wǎng)絡圖展示不同細胞類型中的DEG數(shù)目，越多的DEGs節(jié)點則越大峭状。結果表明克滴，由于ALPCs, NKTs and neutrophils 的aging DEGs最大，所以它們受aging影響最大优床；而ALPCs, M2 and ECs 的CR rescue效果最好劝赔；文中還列舉組織特異性的例子，不再展開胆敞。
- 統(tǒng)計了不同細胞中rescue DEGs出現(xiàn)的頻次望忆，展示top 15的rescue DEGs
Changes in Core Regulatory Transcription Factors during Aging and CR
- 韋恩圖展示aging, CR and rescue TFs
- 風玫瑰圖分別展示三種TFs在不同組織中的分布
- 展示rescue TFs 在不同組織中DEGs靶標的分布；以及在不同組織中具體的rescue TFs
Changes in Ligand-Receptor Interactions between Different Cell Types during Aging and CR
- 展示細胞間配體-受體相互作用網(wǎng)絡圖竿秆，分別時Old-AL/Young-AL和Old-CR/Old-AL上調(diào)或下調(diào)的相互作用
- 對CR消除的配體-受體相互作用進行功能富集分析
- 統(tǒng)計不同組織中CR消除的配體-受體相互作用頻次