單細胞探索EMT中間態(tài)
文章是：Identification of the tumour transition states occurring during EMT. Nature 2018 Apr; PMID: 29670281
整個文章基于兩種老鼠模型：
- a genetic mouse model of skin squamous cell carcinoma (SCC)
- K8CreER/Pic3caH1047R/p53fl/fl and MMTV-PyMT breast tumours
摘要
在癌癥中剩瓶，上皮-間充質轉化（EMT）與腫瘤干細胞的轉移和對治療的抗性有關。最近有人提出，EMT不是一個二元的過程，而是通過不同的中間狀態(tài)發(fā)生。然而這個設想沒有直接的體內證據。本次研究中承桥，我們在皮膚和乳腺原發(fā)腫瘤中篩選出大量的細胞表面標志物，并鑒定出不同EMT階段相關的多個腫瘤亞群的存在：從完全上皮化到完全間充質細胞狀態(tài)以及中間混合狀態(tài)根悼。雖然所有的EMT亞群呈現相似的腫瘤增殖細胞能力凶异，但它們在細胞可塑性、侵襲性及轉移潛能等方面均表現出差異挤巡。他們的轉錄和表觀遺傳表現識別潛在的基因調控網絡剩彬、轉錄因子和信號通路，控制不同的EMT過渡狀態(tài)矿卑。最后喉恋，這些腫瘤亞群分布在不同的位置，對EMT過渡狀態(tài)有不同的調節(jié)作用母廷。
EMT 背景知識
EMT轻黑，全稱epithelial–mesenchymal transition，又稱翻譯為上皮間質轉換琴昆，指的是上皮細胞在一些因素的作用下,失去極性及細胞間緊密連接和黏附連接, 獲得了浸潤性和游走遷移能力, 變成具備間質細胞形態(tài)和特性的細胞的改變氓鄙。這種行為是可逆的。
EMT的概念最早是1982年由Green-berg和Hay提出椎咧。然而玖详，長久以來，科學界對于EMT在腫瘤轉移過程中的作用一直存在爭議勤讽，主要是因為無法在體內觀察EMT過程 蟋座。
胚胎發(fā)育與癌癥發(fā)展中的細胞可塑性變化有著驚人的相似性，而這種可塑性變化受到上皮間質轉化epithelial-mesenchymal transition （EMT）過程的調節(jié)脚牍。胚胎發(fā)育時期向臀，上皮狀態(tài)和間充質狀態(tài)的細胞能夠自由轉化。
- 上皮間質轉化（EMT）使得細胞具備轉移和浸潤特性诸狭。
- 其反向過程券膀，間質上皮轉化mesenchymal-epithelialtransition （MET）賦予了細胞極性變化并失去移動能力。
EMT會促發(fā)癌細胞從病灶分離驯遇，轉移到其它部位芹彬，而MET導致癌細胞停留，并在停留處引起新的腫瘤叉庐。
在很長一段時間內舒帮，許多科學家都認為EMT過程對于腫瘤轉移是一個必須條件，EMT過程能夠剝奪細胞與鄰近細胞緊密結合的能力，使細胞能夠在全身范圍內遷移玩郊≈矗科學家們認為是EMT給了癌細胞“雙腿”讓它們能夠脫離原位腫瘤，轉移到其他部位形成腫瘤轉移灶译红。
一预茄、 首先介紹下，EMT發(fā)生常見的標志分子侦厚。
1.表達減少：E- cadherin耻陕，Cytokeratin，ZO-1假夺。
2.表達增多：N- cadherin淮蜈，Vinmentin，Snail1已卷，Snail2梧田，Twi st，MMP-2侧蘸，MMP-3裁眯，MMP-9。
3.活性增加：ILK讳癌，Rho穿稳。
二．參與EMT過程控制的常見信號通路有：
1.TGF-β信號通路。
2.Wnt信號通路晌坤。
3.Notch信號通路逢艘。
4.SMAD信號通路。
5.PI3K-AKT-MTOR信號通路骤菠。
三. EMT過程有著復雜的調節(jié)網絡：
表觀遺傳的調節(jié)
轉錄調節(jié)
選擇性剪接
蛋白質的穩(wěn)定
亞細胞定位
這些調節(jié)方式多樣性使得EMT的調節(jié)往往不是線性的它改。此前，EMT調節(jié)過程中關于E-cadherin的轉錄商乎，EMT轉錄因子SNAI1央拖，SNAI2， ZEB1鹉戚，ZEB1和 TWIST1等研究較多鲜戒。
上皮細胞黏附分子（EpCAM）
與普通血細胞相比,CTCs具有某些特殊的生物標志物,包括CTCs表面的上皮細胞粘附分子(Epithelial cell adhesion molecule,EpCAM)
不同文獻報道不一致：
- 在咽癌中Ep-CAM高表達與淋巴結轉移密切相關，Ep-CAM表達越高抹凳，淋巴結轉移發(fā)生頻率越高
- 在頭頸部鱗狀細胞癌中遏餐，Ep-CAM在轉移灶中表達比原發(fā)灶更高
- 在胃癌骨髓轉移灶中的播散性腫瘤細胞Ep-CAM的表達較原發(fā)灶降低
免疫組織化學中的細胞角蛋白(Cytokeratin, CK) :
存在不同的EMT中間態(tài)
2017年的CELL文章做了scRNA-seq of human SCCs，Single-Cell Transcriptomic Analysis of Primary and Metastatic Tumor Ecosystems in Head and Neck Cancer 發(fā)現了EMT的過渡狀態(tài)：
數據下載
單細胞針對的是 scRNAseq of YFP+ Epcam+ and Epcam- skin squamous cell carcinoma cells使用的是 SMART-seq建庫方法赢底，384孔板境输，共 383個單細胞數據蔗牡。
其實bulk測序包括：
| GSE110584 | Identification of the tumour transition states occurring during EMT [ATAC-seq] |
|---|---|
| GSE110585 | Identification of the tumour transition states occurring during EMT [RNA-seq] |
| GSE110586 | Identification of the tumour transition states occurring during EMT [p63 overexpression RNA-seq] |
作者在GEO里面同時上傳了自己分析好的表達矩陣颖系，所以可以下載表達矩陣模仿一下作者的下游分析嗅剖，比如如何找marker及分類。
單細胞把marker重新分類
PCA分析可以看到第一主成分就是用來區(qū)分E和M的嘁扼，解釋度高達 21%信粮，而構成這些解釋的基因可以可視化看它們的貢獻度。
把EMT相關基因可以分成3個狀態(tài) Epithelial, hybrid and mesenchymal ：
- pure epithelial genes Esrp1 and Ovol1
- hybrid epithelial genes Krt5 and Trp63
- hybrid mesenchymal genes Prrx1, Snai1, Zeb1, Zeb2, Pdgfra and Col3a1
- pure mesenchymal genes Aspn and Mmp19
單細胞轉錄組聚類結果
這5個cluster非常重要趁啸，是全文的重點强缘，
實驗摸索EMT過程的5個形態(tài)
癌癥基礎知識背景不強，這些實驗沒有看懂不傅，大概應該是有著不同CD分子marker的那些細胞群體表現很不一樣吧旅掂。
默認知識點： epithelial YFP+Epcam+ and mesenchymal-like YFP+Epcam? tumour cells (TCs)8
- CD61 (also known as Itgb3)
- CD51 (also known as Itgav)
- CD106 (also known as Vcam1
使用ATAC-seq數據來探索不同EMT中間態(tài)
Transcription factor motifs enriched in the ATAC-seq peaks that were upregulated between the indicated subpopulations as determined by Homer analysis using known or de novo motif search (asterisk) or using JASPAR motif matrix (hash symbol).
Transcription factor motifs enriched in the ATAC-seq peaks that were upregulated between the indicated tumour subpopulations as determined by Homer analysis using known or de novo motif search (asterisk).
Green, core transcription factors; pink, epithelial transcription factors; yellow, mesenchymal transcription factors.
c–j, Analysis based on ATAC-seq results from different subpopulations derived from one tumour.
數據有點多，看了看访娶，就單細胞轉錄組是我比較擅長的商虐，可以考慮重復一下試試看。
（文章轉自jimmy的2018年閱讀文獻筆記）
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