細(xì)胞的空間位置就如同宇宙中行星的運(yùn)行軌跡，對(duì)細(xì)胞、組織功能具有無(wú)可比擬的作用，同時(shí)基因表達(dá)的位置信息對(duì)于理解組織功能和病理變化具有重要的意義。空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)對(duì)于空間位置研究來(lái)說(shuō)是一個(gè)突破，目前也可將空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)相結(jié)合，綜合兩種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同單細(xì)胞亞群的空間定位和對(duì)空間轉(zhuǎn)錄組位置區(qū)域的細(xì)胞類型注釋。

本期推送帶來(lái)兩個(gè)研究案例，幫助你進(jìn)一步了解空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)是如何幫助科研工作者解決問題的。

案例一

研究背景

下丘腦中的多種神經(jīng)元在青春期發(fā)育過(guò)程中對(duì)多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄活性進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)控，以激活下丘腦-垂體-性腺通路。青春期相關(guān)細(xì)胞組成的鑒定和不同細(xì)胞獨(dú)特轉(zhuǎn)錄特征的表征，有利于分離特定神經(jīng)元和深入了解它們的功能。

研究方法

通過(guò)10x Genomics Visium平臺(tái)和雌性Sprague-Dawley大鼠出生后第25、35和45天的下丘腦來(lái)構(gòu)建弓狀核 (ARC) 中基因表達(dá)的動(dòng)態(tài)空間圖譜。通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)，利用親吻素神經(jīng)元選擇性表達(dá)的表面蛋白對(duì)體外培養(yǎng)的神經(jīng)元進(jìn)行分類。使用Smart-seq檢測(cè)分離細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組。

大鼠下丘腦細(xì)胞群的空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序

研究結(jié)果

在ARC中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)具有相似基因表達(dá)特征的神經(jīng)元亞群。只有一個(gè)亞群能夠穩(wěn)健表達(dá)Kiss1，這一亞群可以通過(guò)一種獨(dú)特的膜表面生物標(biāo)志物SLC18A3分離。此外，呈現(xiàn)三個(gè)表達(dá)模塊的不同亞群中的基因在每個(gè)青春期階段都有明顯的功能。不同類型的細(xì)胞在神經(jīng)膠質(zhì)或神經(jīng)元分化、激素分泌以及雌二醇反應(yīng)等方面表現(xiàn)出不同的功能，它們之間精確地相互影響和協(xié)調(diào)，從而形成了一個(gè)復(fù)雜的下丘腦-垂體-性腺通路啟動(dòng)和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)12436個(gè)spot中5179個(gè)基因整體表達(dá)關(guān)系的轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)細(xì)胞被分為14個(gè)簇

研究意義

該研究揭示了不同青春期階段ARC的全面轉(zhuǎn)錄組學(xué)概述，這可以作為研究青春期和性發(fā)育障礙的寶貴資源。

案例二

研究背景

Wnt蛋白在包括前列腺在內(nèi)的許多器官的發(fā)育、穩(wěn)態(tài)和疾病進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，Wnt蛋白在不同發(fā)育階段的前列腺細(xì)胞譜系和前列腺癌中的時(shí)空表達(dá)模式仍未被充分表征。

研究方法

研究通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分離發(fā)育和成熟小鼠前列腺上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞，并測(cè)定了Wnt配體的表達(dá)水平。使用10x Genomics Visium空間基因表達(dá)分析來(lái)確定Wnt配體在小鼠前列腺中的空間分布。利用激光捕獲顯微鏡結(jié)合基因表達(dá)分析，研究還確定了Wnt信號(hào)成分在晚期人類前列腺癌標(biāo)本間質(zhì)和癌細(xì)胞中的表達(dá)模式。為了研究基質(zhì)衍生的Wnt配體如何影響前列腺發(fā)育和穩(wěn)態(tài)，研究使用Col1a2-CreERT2小鼠模型來(lái)特異性地破壞前列腺基質(zhì)細(xì)胞中的Wnt轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。

研究結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)前列腺基質(zhì)細(xì)胞是幾種Wnt配體的主要來(lái)源。10× Genomics Visium空間基因表達(dá)分析揭示了前列腺腺中Wnt配體的明顯空間分布。此外，研究還發(fā)現(xiàn)Wnt信號(hào)成分在原發(fā)性和晚期人類前列腺癌的基質(zhì)區(qū)室中高度表達(dá)。阻斷基質(zhì)Wnt分泌減弱了前列腺上皮的增殖和再生，但不影響細(xì)胞存活和譜系維持。

成年小鼠前列腺Wnt配體的空間基因表達(dá)分析。（A）小提琴圖顯示了10周齡C57BL/6小鼠前列腺前葉遠(yuǎn)端和近端導(dǎo)管中11個(gè)Wnt配體的平均表達(dá)水平。空間基因表達(dá)分析中未檢測(cè)到其他Wnt配體，小提琴圖中未顯示。統(tǒng)計(jì)分析基于四個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。（B）Wnt4、Wnt5a、Wnt7b、Wnt9a和Wnt10a在前列腺前葉和尿道中空間基因表達(dá)水平的代表性圖像。

研究意義

研究證明了基質(zhì)衍生的Wnt配體在前列腺發(fā)育和穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhou S, Zang S, Hu Y, et al.Transcriptome-scale spatial gene expression in rat arcuate nucleus duringpuberty. Cell Biosci. 2022;12(1):8. Published 2022 Jan 21.doi:10.1186/s13578-022-00745-2

[2] Wei X, Roudier MP, Kwon OJ, etal. Paracrine Wnt signaling is necessary for prostate epithelial proliferation.Prostate. 2022;82(5):517-530. doi:10.1002/pros.24298