文獻(xiàn)信息

文章題目：Single-cell sequencing reveals the intermediate cell state and function of dermal papilla cells in the hair follicle cycle of cashmere goats
預(yù)印本：Research Square
發(fā)表時(shí)間：2020年5月
DOI：10.21203/rs.3.rs-25379/v1

摘要

皮膚乳頭細(xì)胞（DP細(xì)胞）在毛囊的發(fā)育中起著重要作用，但是關(guān)于DP干細(xì)胞在整個(gè)毛囊周期過渡過程中的分化和機(jī)制的知識(shí)仍然有限，盡管一些研究報(bào)道說DP細(xì)胞可能 在分化過程中處于中間細(xì)胞狀態(tài)，具體細(xì)胞狀態(tài)的分類和功能尚不清楚。

本文主要使用具有明顯毛囊周期性的羊絨山羊作為模型動(dòng)物，并根據(jù)無偏見的單細(xì)胞RNA測(cè)序，鑒定并分離了DP細(xì)胞數(shù)據(jù)。偽時(shí)間排序分析用于成功構(gòu)建DP細(xì)胞譜系分化軌跡，并揭示了關(guān)鍵基因，信號(hào)傳導(dǎo)途徑和參與細(xì)胞命運(yùn)決定的功能的順序激活。同時(shí)分析了不同細(xì)胞命運(yùn)的機(jī)制，揭示了四種不同中間細(xì)胞的功能：中間細(xì)胞10在羊絨的生長(zhǎng)和維持羊絨附著在皮膚上顯示出重要的功能；中間細(xì)胞1在次級(jí)毛囊的凋亡和羊絨脫落過程中顯示出重要的功能；中間細(xì)胞0啟動(dòng)了新的卵泡周期，并完成了毛囊的遷移和羊絨的出現(xiàn)；建議中間細(xì)胞15是DP祖細(xì)胞。

方法

24個(gè)月大的雌性內(nèi)蒙古cashmere 山羊。取其生長(zhǎng)期(HFA)、休止期(HFT)的山羊背部皮膚。

• ① 生長(zhǎng)期3000個(gè)細(xì)胞，檢測(cè)出19371個(gè)基因；休止期1000個(gè)細(xì)胞檢測(cè)出17045個(gè)基因。
• ② 基于Monocle偽時(shí)間排序分析，我們成功構(gòu)建了DP細(xì)胞譜系分化軌跡，并揭示了細(xì)胞命運(yùn)決定過程中涉及的關(guān)鍵基因，信號(hào)通路和功能的順序激活。
• ③ 我們分析了不同細(xì)胞命運(yùn)的機(jī)制，這些機(jī)制為毛囊周期啟動(dòng)期間DP細(xì)胞的作用提供了分子機(jī)制。KEGG,PPI分析等。

結(jié)果

1.細(xì)胞聚類

生長(zhǎng)期和休止期的細(xì)胞不重合，聚集成16個(gè)clusters【文章本身放的圖就很模糊。。【文章參照的是小鼠的基因】

DP cells marker:  Lef1, Msx1, Pcna 和 Hoxc13, 發(fā)現(xiàn) clusters 0, 1, 10和15 是DP 細(xì)胞。如下圖。右圖是細(xì)胞注釋后的聚類圖。

2.DP細(xì)胞的中間狀態(tài)和細(xì)胞命運(yùn)的決定

基于monocle算法對(duì)所有細(xì)胞（圖A）和DP細(xì)胞（圖B）進(jìn)行偽時(shí)間排序。DP細(xì)胞在毛囊過程的偽時(shí)間順序中具有四個(gè)分支點(diǎn)。cluster0主要集中在分支點(diǎn)1和3；cluster1主要集中在分支點(diǎn)2和4。cluster10集中在分支點(diǎn)4的預(yù)分支處。cluster15集中在分支4和分支點(diǎn)3的分支處。

然后看了下關(guān)鍵基因在各種細(xì)胞狀態(tài)下的表達(dá)。

接著對(duì)各個(gè)分支點(diǎn)進(jìn)行描述、解釋。KEGG信號(hào)通路分析，可視化功能與信號(hào)通路之間的關(guān)系，基因與蛋白質(zhì)的互相作用。如下圖，分別對(duì)每個(gè)branch進(jìn)行同樣套路分析。

① cluster10到cluster1的轉(zhuǎn)變，預(yù)測(cè)毛囊凋亡
挑選了分支點(diǎn)4
② 中間狀態(tài)1在毛囊凋亡過程中發(fā)揮作用，而中間狀態(tài)cluster0在毛囊發(fā)育過程中起到作用
分支點(diǎn)2
③cell fate3揭示出毛囊生長(zhǎng)期的發(fā)育
分支點(diǎn)3
④ DP細(xì)胞終極命運(yùn)：毛囊的發(fā)育和新毛發(fā)的生長(zhǎng)
分支點(diǎn)1

分析討論

總的來說，本文揭示了四種不同的中間細(xì)胞的功能：中間細(xì)胞10在羊絨的生長(zhǎng)和維持羊絨附著在皮膚上顯示出重要的功能；中間細(xì)胞1在細(xì)胞凋亡和羊絨脫落過程中顯示出重要的功能。中間細(xì)胞0啟動(dòng)了新的卵泡周期，完成了毛囊的遷移和羊絨的生長(zhǎng)。值得注意的是，在毛囊發(fā)育的所有階段都存在cluster15，并且細(xì)胞數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。因此，推測(cè)cluster 15是DP祖細(xì)胞。由此，我們總結(jié)了毛囊周期中DP細(xì)胞的細(xì)胞命運(yùn)（圖6G）。

在毛囊周期中，總的DP細(xì)胞可分為三個(gè)命運(yùn)：休止期細(xì)胞命運(yùn)，生長(zhǎng)期細(xì)胞命運(yùn)和退行期細(xì)胞命運(yùn)。休止期細(xì)胞的命運(yùn)主要描述了DP細(xì)胞在羊絨維持和表皮附著方面的功能。生長(zhǎng)期的細(xì)胞命運(yùn)揭示了DP細(xì)胞對(duì)毛囊發(fā)育和羊絨生長(zhǎng)的功能；退行期細(xì)胞命運(yùn)描述了DP細(xì)胞完成其功能后返回其原始狀態(tài)的過程（僅根據(jù)細(xì)胞狀態(tài)推斷，尚未進(jìn)行深入研究）。

最后，蛋白質(zhì)印跡分析用于檢測(cè)LEF1蛋白的表達(dá)（圖6H左），這間接驗(yàn)證了DP細(xì)胞數(shù)量的變化規(guī)律。結(jié)果表明，LEF1的表達(dá)在從毛發(fā)生長(zhǎng)期到生長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)變中顯著增加，并在從生長(zhǎng)期到生長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)變階段持續(xù)增加（圖6H，右），表明在毛囊發(fā)育過程中DP細(xì)胞的數(shù)量增加了。這與我們的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果一致。但是由于毛囊的數(shù)量同時(shí)增加，因此我們無法確定每個(gè)毛囊中DP細(xì)胞的數(shù)量。通常，蛋白質(zhì)印跡結(jié)果揭示了毛囊發(fā)育過程中DP細(xì)胞的定量變化。