期刊：Nat Genet
影響因子：31.7
主要技術(shù)：單細胞抽核測序
導語
人類的胎盤在確保成功懷孕方面起著至關重要的作用。盡管對其細胞組成和功能的知識越來越多，但對合胞滋養(yǎng)層（STB）內(nèi)數(shù)十億個核的異質(zhì)性的研究有限，STB是一種主要負責胎盤功能的多核實體。在這里，對妊娠早期和妊娠晚期的人類胎盤進行了綜合的單核RNA測序和單核ATAC測序分析。的研究結(jié)果顯示了STB細胞核的動態(tài)異質(zhì)性和發(fā)育軌跡，以及它們與人滋養(yǎng)細胞干細胞（hTSC）來源的STB的對應關系。此外，通過其基因調(diào)控網(wǎng)絡鑒定了與不同STB核譜系相關的轉(zhuǎn)錄因子，并通過實驗確定了它們在hTSC和滋養(yǎng)層類器官衍生的STBs中的功能。總之，本數(shù)據(jù)為人類STB的異質(zhì)性提供了見解，并為解釋相關妊娠并發(fā)癥提供了寶貴的資源。
技術(shù)服務
單細胞抽核測序
研究結(jié)果
1. 人類胎盤的snRNA-seq和snATAC-seq圖譜顯示了妊娠早期和妊娠晚期STB核的動態(tài)特征和異質(zhì)性
為了全面了解人類胎盤核庫及其調(diào)控機制，將10X snRNA-seq和snATAC-seq技術(shù)應用于12個健康胎盤分離的細胞核，分別在妊娠早期（妊娠6-9周）和妊娠晚期（妊娠38-39周）。通過在測序前從每個性別中收集相同數(shù)量的胎盤來消除潛在的性別偏見（補充圖1a，c）。有關樣本收集的詳細資料見補充表1及補充說明1。該方法的概述如圖1a所示。經(jīng)過嚴格的過濾，分別保留了50,850個核和50,693個snRNA-seq和snATAC-seq核，用于后續(xù)分析（補充表1；方法）。對兩個數(shù)據(jù)集都采用了樣品制備批量校正方法，得到了較強的相關性（補充圖1d）和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)（補充圖1e，f）。使用Scanpy34和SnapATAC v2對批校正的轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組數(shù)據(jù)集進行了聚類。35)相應地包裝，并使用均勻流形近似進行可視化。.有趣的是，不同妊娠期的CTB、EVT和STR核緊密聚集在一起，而STB核簇在妊娠早期和晚期表現(xiàn)出明顯的差異，提示更大的功能差異（圖1b）。對妊娠早期和妊娠晚期的STB核進行差異表達基因（DEGs）和基因本體論（GO）分析，以確定功能差異(圖1d，e，）。
圖 1
2. 妊娠早期人胎盤STB的核異質(zhì)性和分化軌跡分支
首先使用snRNA-seq、snATAC-seq和整合的UMAP觀察了STB核分離成亞簇（圖1b，f，i）。為了研究妊娠早期STB內(nèi)核異質(zhì)性的細節(jié)，對來自eSTB及其祖細胞eCTB的23,702個核進行了聚焦分析，如圖1b所示。基于snRNA-seq數(shù)據(jù)集確定了10個亞群，包括4個eCTB亞群（簇7、9、6和11、DNMT1，在妊娠早期）和6個eSTB亞群（8、2、10、1、3、4、5、PSG8和CGA）（圖2a和補充圖3a）。對于eCTB亞群，注釋了eCTB增殖（7、MKI67）、eCTB融合（11、ERVFRD-1）和兩個中間群eCTB1(9)和eCTB2(6)。的eCTB子集群注釋與之前的研究結(jié)果一致27。scRNA-seq和snRNA-seq結(jié)果之間的一致性證實了的分析方法的可靠性。有趣的是，在eSTB核亞簇中觀察到了不同的基因表達模式(圖2a），分叉的發(fā)展軌跡源于一個共同的親代，這些STB子集群STB核（eSTB新生）向兩個成熟的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳水平，即eSTB-1和eSTB-2。
圖 2
3. 妊娠早期STB中的亞型特異性增強子-基因調(diào)控網(wǎng)絡
為了研究早期信號通路中基因的反應模式，根據(jù)每個細胞簇中不同時間點的eSTB的異質(zhì)性和譜系規(guī)范，使用liger45進行了交叉模態(tài)整合分析，并根據(jù)整合分析將所有eSTB核分為9個聚類（圖3a）。連接數(shù)據(jù)集識別的主要STB核亞型與snATAC-seq或snRNA-seq單獨識別的STB核亞型相當（補充圖5a、b和補充說明9）。試圖確定不同STB核亞型的主調(diào)控因子，并沿著妊娠早期推斷的分化軌跡描繪它們的調(diào)控景觀。使用MACS2來識別候選的順式調(diào)節(jié)元件（cCREs）46。為了實現(xiàn)這一點，分別對每種細胞類型進行了峰值調(diào)用。隨后，合并了所有已鑒定出的峰，結(jié)果在所有CTB亞簇和STB亞簇中共鑒定出274,189個順式元素。在這些元素中，~值為8.66%（23,746），表現(xiàn)出核亞型特異性的可及性(圖3b）；發(fā)現(xiàn)了與SH3TC2、FLT1、PAPPA、ESRRG、OVOL2、STAT5A、HIF1A和CEBPB基因相關的cCREs沿STB核STB核分化路徑的可及性動態(tài)（圖3b，補充圖4和補充說明10）。還提名了可能作為引導STB核分化為兩種軌跡的主調(diào)控因子（圖3c和補充說明11）。
圖 3
4. 在妊娠后期發(fā)現(xiàn)了成熟的STB核的異質(zhì)性和功能
為了系統(tǒng)地研究人類胎盤STB在妊娠后期的發(fā)展，檢測了來自STB和CTB核的大規(guī)模單核轉(zhuǎn)錄組（23981個核）和表觀基因組（24692個核）數(shù)據(jù)集。質(zhì)量控制（補充圖7a-d）的CTB亞型注釋見補充說明15。以前用于妊娠早期核類型分類的基因集在妊娠晚期樣本中顯示出顯著的一致性（圖5a、b，補充圖7e、f和補充表3）。聚類11和聚類6被歸類為妊娠晚期STB的兩種新生核類型，其中SH3TC2高表達（STB新生1和lSTB新生2）。PAPPA的表達在妊娠后期顯著增加，并在5個STB亞群中存在，包括簇4（STB成熟1-a）、簇1（STB成熟1-b）、簇3（STB成熟1-a）、簇2（STB成熟1-b）和簇7（STB成熟1-c）。相比之下，F(xiàn)LT1僅在第5簇（STB成熟2-a）中檢測到表達，部分在第8簇（STB成熟2-a）中檢測到表達，這代表了妊娠晚期STB的一小部分細胞核(圖5a）為了進一步揭示驅(qū)動STB核異質(zhì)性的分子機制，并將新注釋的STB核亞簇放置在一個確定的軌跡上，進行了偽時間分析（圖5c，d）。用靶向PSG8、SH3TC2、LEP、PAPPA和FLT1基因的探針對妊娠后期的胎盤進行染色。FLT1和PAPPA的smFISH結(jié)果表明，有相當一部分STB核表現(xiàn)出PAPPA的表達，這與的生物信息學分析一致（圖5f和補充說明17）。
圖 4
參考文獻：
[1] Wang M , Liu Y , Sun R ,et al.Single-nucleus multi-omic profiling of human placental syncytiotrophoblasts identifies cellular trajectories during pregnancy[J].Nature Genetics, 2024, 56(2):294-305.DOI:10.1038/s41588-023-01647-w.