文獻(xiàn)學(xué)習(xí)106-AP1 complex調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞分化觸發(fā)主動(dòng)脈夾層和破裂

1. Single-cell RNA sequencing analysis identifies synthetic smooth muscle cells as an emerging cell type in human dissected aorta

Fig 1a: 為了探究temporal AD病程中的驅(qū)動(dòng)SMCs表型轉(zhuǎn)變的細(xì)胞類型和病理機(jī)制帝洪,作者對(duì)STAAD的9例患者(acute AD: 4, subacute AD: 3, chronic AD: 2)的升主動(dòng)脈組織進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序。
Fig 1b-c: 一共得到12個(gè)細(xì)胞群,包括6個(gè)免疫細(xì)胞群和6個(gè)非免疫細(xì)胞群被盈。
Fig 1d-e: Synthetic MSC只在動(dòng)脈夾層患者樣本中存在。
These results suggest that synthetic SMCs are an AD-specific emerging cluster.

2. The potential origin and characteristics of the emerging synthetic smooth muscle cells in human aortic dissection

The switch of SMCs from a contractile to a synthetic phenotype is the key event driving aortic degeneration and dissection.
Fig 2a-b: 為了探究合成型SMC的來源和功能踩萎,作者對(duì)非免疫細(xì)胞進(jìn)行了2次聚類该溯,得到了17個(gè)亞群。其中收縮SMC高表達(dá)收縮相關(guān)基因璃诀,包括MYH11, ACTA2, MYL9 和 TAGLN。其他SMC的收縮相關(guān)基因表達(dá)較低蔑匣。增殖SMC高表達(dá)細(xì)胞周期相關(guān)基因 CCND1劣欢,兩群MP樣SMC高表達(dá)巨噬細(xì)胞基因(不是雙細(xì)胞?)高表達(dá)經(jīng)典合成marker如COL1A1, COL1A2和COL3A1的合成型SMC被注釋成了3群裁良,包括fibro-like SMCs, lipo-SMCs, 和 fibromyocytes凿将。
The high enrichment of synthetic markers and the lower preservation of contractile genes in synthetic SMCs might reflect a disease-specific population shift from contraction to synthesis.
Fig 2c: 為了探究表型變化的規(guī)律,作者首先對(duì)細(xì)胞比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)价脾,作者發(fā)現(xiàn)牧抵,AD中contractile SMCs的比例顯著更低,而synthetic SMCs顯著擴(kuò)增侨把。
Fig 2d: 對(duì)synthetic SMCs的top 50 marker gene的分析提示其基因表達(dá)與SMC最為相似犀变。
Fig 2e-f: 擬時(shí)序的結(jié)果顯示contractile SMCs 可以分化為 the other three synthetic clusters妹孙。隨著分化軌跡,收縮評(píng)分下降弛作,合成評(píng)分增加涕蜂。
Fig 2g-i:差異分析和功能富集也提示 Synthetic MSC 具有很強(qiáng)的合成功能。

3. Temporal stage-specific phenotypic transition in human aortic dissection

隨后映琳,作者進(jìn)行了不同疾病時(shí)間點(diǎn)的分析
Fig 3a-b: 隨后作者計(jì)算了contractile SMC在不同疾病階段的收縮評(píng)分机隙。結(jié)果顯示收縮SMC在急性和亞急性期收縮基因表達(dá)下降。而對(duì)三種Synthetic MSC的合成功能分析顯示Fibro-like SMC和Fibromyocyte都在急性和亞急性期具有很高的合成基因表達(dá)萨西。
Fig 3c-d: Furthermore, both functional scorings of the phenotypic switch and the relative cell number of synthetic SMCs compared with contractile SMCs were notably higher in acute and subacute AD than chronic AD, suggesting a disease temporal- specific phenotypic switch.

phenotypic switch score是怎么算的有鹿?

Fig 3e-f: The fitting curve showed higher expression of both scores in the acute and subacute groups compared with the chronic group, suggesting disease temporal- specific ECM remodelling.
Fig 3g-i: In addition, the preferential downregulation of contractile markers and upregulation of synthetic markers (protease, ECM, and inflammatory factors) in the acute and sub- acute groups were further confirmed using medial samples of the human ascending aorta.

All the analysis above supports a disease temporal-specific phenotypic switch in human AD.

4. The AP-1 transcriptional complex mediates the transition of contractile smooth muscle cells to both fibro-like smooth muscle cells and lipo-smooth muscle cells
  1. 挑驅(qū)動(dòng)表型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)錄因子

Fig 4a: 為了尋找驅(qū)動(dòng)表型轉(zhuǎn)變的master regulators,作者首先計(jì)算了synthetic SMC clusters 和 contractile SMCs 相比的高表達(dá)基因中的轉(zhuǎn)錄因子(差異性轉(zhuǎn)錄因子)谎脯,發(fā)現(xiàn)多種AP-1亞基包括FOS, FOSB, JUN, JUNB, 和 JUND 在fibro-like 和 lipo-SMCs 中顯著上調(diào)(與contractile SMCs 相比)葱跋。
Fig 4b: SCENIC的結(jié)果也顯示AP-1 regulon 在 fibro-like 和 lipo-SMC clusters 中活躍表達(dá)。
Fig 4c-d: 此外源梭,在急性和亞急性 AD 樣本中娱俺,AP-1D的表達(dá)沿著分化軌跡上調(diào)。

  1. 驗(yàn)證AP-1的調(diào)控作用

The main AP-1 proteins in mammalian cells are FOS and JUN, and
phosphorylation of their N-terminal domain crucially enhances stability and transactivation potential.

檢測(cè)表達(dá):
Fig 4e-f: 為了確定AP-1 activation是否發(fā)生在medial layer废麻,作者分離了對(duì)照和AD患者的升主動(dòng)脈中層和BAPN (β-aminopropionitrile mono- fumarate) 誘導(dǎo)的AD小鼠組織荠卷,在RNA (e) 和蛋白 (f) 水平檢測(cè)了JUN, JUNB, JUND, FOS和FODB的表達(dá)。顯示都增加(Ser73磷酸化)烛愧。
Fig 4g: 免疫熒光結(jié)果顯示油宜,在dissected aorta中,p-JUN更多的是與Col1a1+ 而不是 α-SMA+細(xì)胞共定位怜姿。suggesting the nuclear translocation and activation of AP-1 in synthetic SMCs of AD.
Fig 4h: 在小鼠和人和組織中慎冤,AP-1 mRNA的表達(dá)與COL1A1和COL5A1正相關(guān),與ACTA2負(fù)相關(guān)沧卢。

直接結(jié)合:
Fig 4i: Chip實(shí)驗(yàn)顯示 the enrichment of p-JUN-specific antibody binding in putative sites of COL5A1, COL1A1, COL1A2, and ApoE.

體外激活/阻斷實(shí)驗(yàn):
Fig 4j: 作者分離了primary aoSMCs蚁堤,使用了AP-1 activator 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)干預(yù)。結(jié)果顯示TPA顯著上調(diào)了synthetic SMC genes的表達(dá)但狭,同時(shí)contractile markers表達(dá)下降披诗。
Fig 4k: 而使用AP-1 inhibitor T-5224得到了相反的效果。

5. A defect in oxidative phosphorylation acts upstream of activator protein-1 to promote synthetic smooth muscle cell expansion

隨后作者探究了AP-1-介導(dǎo)的 phenotypic switching的上游調(diào)節(jié)分子熟空。

  1. 找轉(zhuǎn)錄因子上游(結(jié)合了背景知識(shí)從差異和富集分析結(jié)果里挑的)

在前面的結(jié)果中,差異分析和功能富集結(jié)果提示與fibro-like and lipo-SMCs相比搞莺,contractile SMCs顯著富集到了 adenosine 5’-triphosphate (ATP) metabolic process 和 OXPHOS(2G, H)息罗。
Fig 5a-d: 對(duì) six typical mitochondria-related features 和 OXPHOS 模塊隨時(shí)間軸表達(dá)的進(jìn)一步分析證實(shí)了前面富集分析的結(jié)果,尤其是OXPHOS 在急性和亞急性 AD中顯著下調(diào)才沧,提示 OXPHOS 可能以 disease subtype-specific manner負(fù)性調(diào)節(jié) synthetic SMC 的expansion迈喉。

  1. 找到OXPHOS后在體外對(duì)原代aoSMCs給予了OXPHOS的輔因子和抑制劑看是否影響AP-1的表達(dá)绍刮,磷酸化和核轉(zhuǎn)位。

Fig 5e-i: 為了探究 OXPHOS 是否調(diào)節(jié) AP-1 的激活挨摸,作者使用了原代 aoSMCs孩革。結(jié)果顯示使用 mitochondria complex 1–specific inhibitor rotenone 干預(yù)細(xì)胞可以上調(diào) AP-1 的表達(dá),磷酸化和核轉(zhuǎn)位得运。相反的膝蜈,使用CoQ10 (an essential OXPHOS cofactor)得到了相反的效果。 進(jìn)一步證實(shí)了 the requirement of compromised OXPHOS for AP-1 activation.

  1. Chip 看直接作用

Fig 5j: We next directly examined the involvement of OXPHOS in the AP-1-mediated phenotypic switch of SMCs. We performed ChIP in human aoSMCs and found that the binding of a p-JUN antibody to putative sites within promoter regions of selected synthetic genes was enhanced by rotenone while being diminished by CoQ10

  1. 對(duì)原代aoSMCs給予了OXPHOS的輔因子和抑制劑看是否細(xì)胞表型熔掺,也就是從contractile SMCs向synthetic SMCs分化(和2一起做的)饱搏。

Fig 5k-l: Consistent with these findings, AP-1 inhibition blocked rotenone-induced expression of synthetic genes while it downregulated contractile marker expression.

機(jī)制圖

Fig 5m: Together, these results indicate that defects in OXPHOS act upstream of AP-1 to preferentially promote synthetic SMC expansion.

6. Tumour necrosis factor triggers oxidative phosphorylation–activator protein-1 axis to promote the phenotypic switch

由于AP-1通常被外源性刺激所活化,因此作者進(jìn)一步探究了觸發(fā)OXPHOS–AP-1-介導(dǎo)的 phenotypic switch的胞外信號(hào)置逻。
Fig 6a: 基因富集結(jié)果顯示和contractile SMCs相比推沸,F(xiàn)ibro-like SMC和LipoSMC存在著顯著的TNF和ECM信號(hào)的激活。
Fig 6b: 而且TNF通路的基因券坞,包括 NFKB1A, IRF1, TNFAIP3, CCL2, CXCL2 和 SOCS3都和 AP-1 存在共表達(dá)鬓催。

這個(gè)圖跟從單細(xì)胞水平解析炎癥和纖維化在心衰中的交織作用的Fig 2I一樣。

Fig 6c: 而且Fibro-like SMC和LipoSMC細(xì)胞的Fibro-like SMC和LipoSMC細(xì)胞評(píng)分和AP-1 評(píng)分都與TNF模塊評(píng)分呈正相關(guān)恨锚,suggesting that TNF signalling might be potentially involved in the phenotypic switch of SMCs.
Fig 6d-e: 盡管Tnf的表達(dá)在chronic期最高宇驾,TNF受體在急性和亞急性期表達(dá)較高(附件)。因此作者進(jìn)行了細(xì)胞互作分析眠冈,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了a preferential interaction of TNF signalling in both acute and subacute AD飞苇。

隨后作者探究了TNF對(duì)OXPHOS–AP-1 axis的影響
Fig 6f: 結(jié)果顯示使用 TNF-α 干預(yù) aoSMCs 后,細(xì)胞的 ATP levels蜗顽,膜電位布卡,和 NAD+/NADH都下降,而 CoQ10 restored 這個(gè)效應(yīng)雇盖。
Fig 6g-i: TNF-α 干預(yù) aoSMCs 后忿等,細(xì)胞的JUN表達(dá)上調(diào),磷酸化增加崔挖,入核增加贸街。而 CoQ10 abrogated 這個(gè)效應(yīng)。
Fig 6j: TNF-α-mediated downregulation of contractile genes and elevation of synthetic markers were inhibited by co-treatment with either CoQ10 or the AP-1 inhibitor

Fig 6k: These results indicate that TNF signalling dampens OXPHOS and subsequent AP-1 activation to promote synthetic SMC expansion

7. Rewiring of the oxidative phosphorylation–activator protein-1 axis modulates β-aminopropionitrile monofumarate–induced thoracic aortic dissection in mice

由于OXPHOS–AP-1 axis 在 thoracic aorta 促進(jìn)了SMC的表型轉(zhuǎn)變狸相,作者使用了classical BAPN-induced TAD 小鼠模型探究了OXPHOS–AP-1 axis 在TAD progression 中的作用薛匪。
作者對(duì) BAPN-induced mice 給予了 CoQ10 或 TPA 治療(a)。結(jié)果顯示 CoQ10 顯著降低了 BAPN 組小鼠的死亡率和嚴(yán)重程度 (b, c)脓鹃。BAPN treatment 28天時(shí)逸尖,CoQ10顯著降低了 aortic ring的最大直徑(d, e)。動(dòng)脈瘤的發(fā)生、中膜退化和膠原沉積等在CoQ10治療后也下降(f, g)娇跟。Moreover, CoQ10 elevated contractile markers while downregulating synthetic markers in thoracic aorta (h-k), suggesting that enhancing OXPHOS suppressed the phenotypic switch of contractile SMCs. 而TPA的作用則相反岩齿。These data confirm that rewiring of the OXPHOS–AP-1 axis modulates BAPN-induced TAD in mice by regulating the phenotypic transition of SMCs.

8. Targeting activator protein-1 alleviates β-aminopropionitrile monofumarate– induced thoracic aortic dissection in mice by suppressing the phenotypic switch of smooth muscle cells

最后作者在小鼠模型上探究了AP-1阻斷的治療效果,顯示存在著很好的治療效果苞俘。Together, these results suggest that targeting AP-1 re- presents a feasible strategy to treat TAD by attenuating the phenotypic switch of SMCs.


思考:這篇文章是從單細(xì)胞入手做細(xì)胞群調(diào)控的比較好的文獻(xiàn)盹沈。

  1. 找到一群“壞細(xì)胞”/疾病中比例變化比較大的細(xì)胞。
  2. 通過軌跡分析找了它的來源(當(dāng)然SMC表型轉(zhuǎn)變?cè)趭A層中起到破壞作用吃谣,這個(gè)大家都知道乞封,所以這個(gè)數(shù)據(jù)在分析的時(shí)候的目的性也比較強(qiáng))。
  3. 知道了來源之后就是做調(diào)控基协。這篇文獻(xiàn)顯示用了 細(xì)胞群差異性轉(zhuǎn)錄因子+SCENIC+轉(zhuǎn)錄因子在分化軌跡上的表達(dá)找到了AP-1歌亲。
  4. 然后再找的AP-1的上游。這里AP-1上游的OXPHOS以及再上游的TNF找法沒什么問題澜驮,但是一定是結(jié)合了背景知識(shí)的陷揪,因?yàn)槎际菑募?xì)胞群的差異中挑的,理論上講是不能確定上下游的杂穷。
    其他的就是比較常規(guī)的分生實(shí)驗(yàn)+小鼠上驗(yàn)證了悍缠。這篇文章的入手單細(xì)胞數(shù)據(jù)就是人的樣本,要比從小鼠入手要好很多耐量。
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