芯周刊·第35期 | 单细胞转录组和联合ATAC揭示肾透明细胞癌

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单细胞转录组和联合ATAC揭示肾透明细胞癌遗传调控特征

肾细胞癌是泌尿系统最常见的癌症之一，肾透明细胞癌（ccRCC）是最常见的肾细胞癌组织学类型，是具有潜在的高度肿瘤异质性和遗传易感性的疾病，而表观遗传层面的复杂调控网络使得阐明ccRCC的异质性及其调控机制更是难上加难。

本研究从19个病人的组织中绘制了ccRCC单细胞ATAC和单细胞转录组图谱，首先基于细胞分群揭示了病人之间的异质性，然后结合WES数据发现常见的突变基因并没有引起基因的巨大变化，根据基因的表达特征，病人被聚类为4种细胞亚型，其中ccRCC4表现出干细胞样特征，与预后相对较差显著相关，在scATAC-seq结果中描绘了肿瘤细胞特异性转录因子特征，并且发现了4个ccRCC肿瘤细胞特异性开放可及的lncRNA（RP11-661C8.2，CTB-32H22.1、CTB-164N12.1和RP11-267A15.1），并对其中的两个lncRNA进行了功能学实验验证，表明这些lncRNA确实能够促进肿瘤细胞的侵袭和迁移。

总之，本研究从单细胞分辨率多组学层面展示了ccRCC的基因表达、染色质开放可及性图谱，并与WES，蛋白组等技术联合应用，从多个层面揭示了ccRCC的调控特征，发现并验证了促进肿瘤细胞侵袭和迁移的lncRNA，这将为探索ccRCC的生物学机制和精准治疗提供新的思路。

 

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人类巨细胞病毒感染的单细胞转录组学分子特征

发育通常被认为是细胞状态从原始状态过渡到发育高级状态的单向传输。然而，确保细胞命运单向转变的分子机制在很大程度上仍然未知。

通过精确的转录起始位点定位，研究者报道了一种进化保守的含BTB结构域的锌指蛋白ZBTB12，作为人类多能干细胞(hPSCs)去分化的分子屏障。单细胞RNA测序显示，ZBTB12通过阻断hPSC去分化，对三种胚层分化至关重要。在机制上，ZBTB12微调人类内源性逆转录病毒H (HERVH)(一种灵长类动物特异性逆转录转座子)的表达，并靶向利用HERVH作为调控元件的特定转录本。特别是，ZBTB12下调HERVH重叠长非编码RNA (lncRNAs)对于成功退出多能状态和谱系派生是必要的。

总的来说，研究者认为ZBTB12是一种分子屏障，可以保护亚稳态干细胞命运向发育晚期状态的单向过渡。

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单细胞技术揭示RalA GTPase促进慢粒细胞白血病发生的机制

慢性粒细胞白血病（CML）是一种影响血液及骨髓的恶性肿瘤，主要来源于造血干细胞和祖细胞（HSC）的肿瘤转化，而BCR-ABL1是HSC转化为白血病干细胞的（CML）的重要分子，其可以组成性的激活Ras相关途径，其下游信号通路中的一种小GTP酶（RalA）在调节LSC和HSC的自我更新中具有关键作用。

在本文中，研究者首先构建了世界上首个RalA GTPase过表达的基因工程因鼠，并使用单细胞转录组检测RalA过表达对正常小鼠骨髓造血干/祖细胞自我更新的影响，首先揭示了造血干细胞的异质性，并在结果中发现RalA过表达显著促进小鼠骨髓中造血干细胞、多能祖细胞和粒细胞-单核细胞祖细胞的比例，进一步研究者通过病毒转染实验发现RalA过表达缩短了BCR-ABL介导的CML小鼠的存活期，加速体内CML发育，提高了LSC体外的自我更新能力，赋予伊马替尼耐药性，延长了BCR-ABL1驱动的CML小鼠的存活期，进一步靶向抑制RalA可以抑制人CML CD34+细胞在NOD / SCID小鼠中的异种移植肿瘤生长，抑制CML LSC的自我更新能力，延长CML小鼠的存活率。

本文研究的意义在于发现了CML干细胞自我更新的靶点以及其通过RAC1蛋白结合发挥作用的新机制；为临床使用RalA抑制剂治疗CML耐药提供了理论依据。

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单细胞揭示鹿茸再生机制，为再生医学带来新希望

鹿茸作为一种补品，主要是因为其独特的再生能力，鹿角每年定期脱落，然后重新长出新的鹿角也足以体现了其自然情况下周期性再生能力，那么鹿茸究竟是如何实现快速增长，完整再生呢？其生长机制对于我们理解机体再生能力有什么启发呢？

本文研究者收集了鹿角再生8个阶段的样本建立了单细胞分辨率的鹿角再生发育细胞图谱，发现其包含7种大的细胞类型，对细胞进行亚亚群分析，发现了鹿角再生过程中图谱的动态变化，在再生的早期主要有3种间质细胞组成，在第五天出现第四种细胞群PMC4，因此这群细胞有可能是再生能力的主要细胞群，进一步研究人员做了鹿茸裸鼠移植模型，发现5天的鹿茸组织后续可以形成类似鹿角的组织，进一步验证了PMC4细胞群是再生的关键细胞群，同时将鹿角单细胞数据与小鼠，蝾螈，斑马鱼等物种的可再生部位数据进行比较，发现小鼠中存在一群类似于ABPCs的细胞群，说明哺乳动物的再生机制与其他非不如动物不同。对这群细胞分离并培养，发现其具有很强的自我更新能力和软骨成骨形成能力，将鹿茸的不同组织层进行分离之后，单细胞及Bulk转录组测序发现ABPC是位于鹿角的尖端，并鉴定了骨骼再生的保守基因。

本文为理解哺乳动物再生提供了新的认知，为再生个医学提供新的研究方向。

 

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宫颈鳞癌发生和进展的细胞和分子特征

宫颈癌是女性第四大常见恶性肿瘤，其中宫颈鳞癌 (CESC) 是宫颈癌主要病理类型，其发生主要由宫颈上皮恶化导致，其发生和进展过程中的微环境尚不清楚。

本研究首次通过单细胞转录组技术对13例不同病变阶段的宫颈组织（包括NC、CIN、早期CESC和晚期CESC）进行检测，首先解析了肿瘤细胞/上皮细胞在CESC发生和进展中的转录组演化路径，并发现了其中大量未报道过的与CESC发生和进展相关的分子，其次作者再分群结果中发现CESC富集一群具有显著免疫特征的Epi8，该群细胞同时表达IDO1促炎基因HLA-DRA, HLA-DPA1, IFITs, CXCL9-11，且可能通过CXCL9-11促进肿瘤微环境中的T细胞浸润并与肿瘤细胞发生作用。再髓系免疫细胞亚群中发现与生存呈负相关的高抑炎特征的CCL20+和APOE+ Macrophage，和与生存正相关的CLEC9A+ DC，淋系免疫细胞亚群中CESC中的CD16+ NK细胞低丰度与CESC患者的生存负相关，Th17和TNFRSF9high Treg细胞富集，其高表达的CCL20与不良预后相关，内皮细胞亚群中PODXL+内皮细胞在晚期CESC中富集，与CESC患者的生存呈负相关；而具有抗原递呈特征的MHChigh内皮细胞在CESC中丰度较低，与生存呈正相关。成纤维细胞亚群中发现肿瘤相关成纤维细胞在CESC和CIN样本中富集，与患者生存成负相关，细胞通讯分析发现其可能通过NRG1-ERBB3途径促进CESC进展，并在功能中验证了该途径。

本文首次解析了CESC发生和进展过程中上皮、免疫、内皮和成纤维细胞的变化，深入探讨了与CESC进展相关的细胞群及分子，为CESC提供了疾病诊断与预后的生物标志物和潜在的治疗靶点。

参考文献 

1、Yu Z, Lv Y, Su C, Lu W, Zhang R, Li J, Guo B, Yan H, Liu D, Yang Z, Mi H, Mo L, Guo Y, Feng W, Xu H, Peng W, Cheng J, Nan A, Mo Z. Integrative single-cell analysis reveals transcriptional and epigenetic regulatory features of clear cell renal cell carcinoma. Cancer Res. 2023 Jan 6:CAN-22-2224. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-22-2224. Epub ahead of print. PMID: 36607615.

2、Han D, Liu G, Oh Y, Oh S, Yang S, Mandjikian L, Rani N, Almeida MC, Kosik KS, Jang J. ZBTB12 is a molecular barrier to dedifferentiation in human pluripotent stem cells. Nat Commun. 2023 Feb 9;14(1):632. doi: 10.1038/s41467-023-36178-9. PMID: 36759523; PMCID: PMC9911396.

3、Yin Z, Huang G, Li C, et al. Single-Cell Resolution Reveals RalA GTPase Expanding Hematopoietic Stem Cells and Facilitating of BCR-ABL1-Driven Leukemogenesis in a CRISPR/Cas9 Gene Editing Mouse Model[J]. Available at SSRN 4159580.

4、Qin T, Zhang G, Zheng Y, Li S, Yuan Y, Li Q, Hu M, Si H, Wei G, Gao X, Cui X, Xia B, Ren J, Wang K, Ba H, Liu Z, Heller R, Li Z, Wang W, Huang J, Li C, Qiu Q. A population of stem cells with strong regenerative potential discovered in deer antlers. Science. 2023 Feb 24;379(6634):840-847. doi: 10.1126/science.add0488. Epub 2023 Feb 23. PMID: 36821675.

5、Liu C, Zhang M, Yan X, Ni Y, Gong Y, Wang C, Zhang X, Wan L, Yang H, Ge C, Li Y, Zou W, Huang R, Li X, Sun B, Liu B, Yue J, Yu J. Single-cell dissection of cellular and molecular features underlying human cervical squamous cell carcinoma initiation and progression. Sci Adv. 2023 Jan 27;9(4):eadd8977. doi: 10.1126/sciadv.add8977. Epub 2023 Jan 27. PMID: 36706185; PMCID: PMC9882988.

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