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烈冰助力丨单细胞测序揭示百草枯对小鼠神经干细胞分化的不利影响

时间：2021-12-13 | 阅读量：2193

NovelBio

上期，小编刚刚为大家解读了复旦大学公共卫生学院常秀丽教授团队关于重金属镉对神经发生的研究。本期，常老师团队再次带来最新研究成果：“Single-cell RNA sequencing reveals adverse effects of paraquat on the fate commitment of murine neural stem cells”。本篇文章发表在Science of The Total Environment（IF=7.963）上，揭示了百草枯（Paraquat，PQ）对小鼠神经干细胞分化的影响。

烈冰Novelbio参与本研究中的单细胞测序工作，下面我们一起了解一下本文的研究思路和数据分析过程。

样本信息

小鼠神经干细胞（mNSCs）的体外培养模型：

原代的mNSCs从C57BL/6小鼠中获得，而后利用细胞培养（PQ处理或未处理）获得P2代mNSCs细胞，取P2代细胞。

样本分组：

对照组(PQ-)：处理组(PQ+) = 1：1

单细胞捕获平台：BD Rhapsody 平台

捕获的细胞数：PQ（-）组4833个细胞，PQ（+）组4962个细胞

技术手段

单细胞转录组测序细胞培养技术免疫荧光技术

结果分析

1.mNSCs细胞类型鉴定

作者利用单细胞测序技术，在两组样本中分别获得4833个细胞(PQ-)和4962个细胞(PQ+)，并划分为17个Cluster，其中包括8个主要细胞亚型：未成熟神经元、神经干细胞、星形胶质细胞、浦肯野细胞、神经母细胞、室管膜细胞、少突胶质祖细胞和少突胶质细胞。

图1 主要细胞亚型鉴定

2.PQ对mNSCs分化的影响

作者对细胞亚型分析发现，相比于对照组，PQ（+）样本中未成熟神经元、浦肯野细胞和神经母细胞分别增了18.7%、3.4%和1.7%，而星形胶质细胞和神经干细胞分别减少了16.7%和9.1%。进一步，通过细胞培养、免疫荧光等技术验证，作者发现随着PQ浓度升高，mNSCs向未成熟神经元和神经母细胞数量减少，即PQ抑制了mNSCs向神经元方向分化。

图2 PQ处理后NSCs的分化历程

3.PQ对不同细胞亚型特异性反应

为了探究PQ影响mNSCs分化的机制，作者利用差异基因表达分析，发现PQ处理在多种细胞亚型中诱导抗氧化损伤基因表达，如抗氧化损伤基因（Mt1、 Mt3、Prdx6）、核糖体蛋白质家族基因（Rpl34、Rpl34ps1和Rpl26）等均上调，而不同类型细胞差异表达基因的数量有所不同，尤其是差异下调的基因。

图3 PQ对不同亚型细胞特异性反应

此外，作者采用GO富集分析进一步评估了未成熟神经元的特异性反应，发现PQ诱导Cst3、Prdx6、Mt3和Apoe等基因的表达并显著富集了氧化应激反应，结合Pathway通路分析发现，PQ处理后细胞的神经退行性疾病信号通路显著增强，可能会通过p53信号通路引起细胞凋亡。

图4 未成熟神经元的GO分析

4.PQ对未成熟神经元调节机制

为进一步探究PQ对未成熟神经元的作用机制，研究者利用免疫荧光技术，发现随着PQ浓度升高，mNSCs中的细胞内和线粒体活性氧簇（Reactive Oxygen Species, ROS)增加，另外线粒体靶向抗氧化剂MitoTEMPO预处理减弱了PQ的抑制作用。这些结果提示PQ通过干扰线粒体氧化还原平衡而影响mNSCs的分化。