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大家好，今天给大家分享一篇题为 Human mic roglia matur ation is under pinned by specific gene regul atory networks（人类小胶质细胞的成熟是由特定的基因调控网络支撑的）在人脑中，小胶质细胞的浸润似乎先于神经发生、星形胶质发生和少突胶质发生，在妊娠早期和妊娠中期早期，小胶质细胞是主要的胶质细胞，这表明这些细胞类型在建立脑环境时存在相互作用。 01 研究背景 小胶质细胞表型受到大脑环境的高度调节，但转录网络对人类小胶质细胞成熟的具体规定知之甚少。在这里，我们描述了特定阶段胎儿和出生后人类小胶质细胞的转录组和表观遗传学景观，以及在诱导多能干细胞（iPSC）衍生的小胶质细胞、脑类器官和以下方面获得的相应数据移植到人源化小鼠中。 考虑转录因子（TF）共现和增强子活性的计算方法的并行开发允许预测共享和特定状态与胎儿和出生后小胶质细胞相关的基因调控网络。此外，的许多功能在将iPSC细胞移植到人源化小鼠中之后，以时间依赖的方式重述人胎儿到出生后的转变。这些数据和相关的计算方法将有助于进一步阐明人类小胶质细胞获得阶段和疾病特异性的机制表型。 见图一 胎儿发育过程中人类小胶质细胞转录组谱的变化。  图一 （A） WGCNA确定的每个显著相关模块的前100个基因的热图表达Z得分，根据Kleinberg的中枢中心性进行排名分数。PN，产后；CTX，皮质。 （B） 人类胎儿（DEG，蓝色）和出生后小胶质细胞（DEG、红色）之间基因表达的MA图。 （C） 胎儿和出生后小胶质细胞之间DEG的GO术语分析中所代表的基因表达的条形图。只有padj<0.001和FC>2的基因如图所示。 （D） 妊娠早期和中期胎儿小胶质细胞DEG的热图表达Z评分。 （E） 男性（DEG，蓝色）和女性（DEG、橙色）第一三聚体四聚体 ICrO0ke XDress Mn013eX biased常染色体基因在具有男性偏见（右上角和女性偏见（右下角.IF）的胎儿小胶质细胞中基因表达差异的MA图微玻璃和bralin皮层中NDD修饰基因表达的条形图。显示了pma<0.001和FC>2的基因。 见图二  图二 （A） Circos图显示NicheNet对胎儿和出生后小胶质细胞靶基因配体和预测受体的预测。另请参见图S3。 （B） 描绘（A）中表示的配体活性评分（左）和配体-受体相互作用评分（中）以及配体的RNA表达的热图（右）和受体（底部）。 （C） 人类胎儿体积皮层、出生后体积皮层、胎儿小胶质细胞和出生后之间配体（底部）-受体（顶部）对的基因表达热图小胶质细胞。 （D） 人类出生后大脑的多荧光RNAscope的3个独立实验的代表性图像分别探测P2RY12（红色）、SORL1（绿色）和SORL1（蓝色），APOE（白色）和DAPI。箭头表示共表达P2RY12和SORL1的小胶质细胞。 （E） 3个独立实验的代表性图像人类出生后大脑的多荧光RNAscope探测P2RY12（红色）或IHC探测IBA1（红色），CCL3（绿色）、CCR5（白色）和DAPI。箭头表示共表达P2RY12或IBA1、CCL3和CCR5的小胶质细胞。 见图三 人类小胶质细胞的成熟重塑了活性增强剂的景观。  图三 （A） （左）H3K27ac-ChIP-seq信号在远端（距转录起始位点[STS]>1000bp）ATAC-seq峰周围的散点图。差异乙酰化胎儿（蓝色）和出生后（红色）小胶质细胞富集的区域（FC>2，padj<0.05）被着色。（右）中差异乙酰化区域的从头基序分析胎儿（顶部）或出生后（底部）的小胶质细胞。 （B） 条形图显示了已知结合（A）中鉴定的基序的候选转录因子的log2FC，蓝色的转录因子在胎儿小胶质细胞中表达更高，红色的转录因子表达更高出生后的小胶质细胞。***表示FC>2，padj<0.001。灰色，无显著差异。 （C） （左）胎儿和出生后小胶质细胞的27041 scATAC-seq图谱的均匀流形近似和投影（UMAP）和颜色聚类。每个点表示一个单元格。（右）条形图，显示胎儿和出生后对每个聚类的相对贡献。 （D） 每个基序和每个簇的平均chromVAR得分的热图。对每个聚类中的所有单元格的得分进行平均，并对Z得分进行归一化。 （E） 使用chromVAR的指示基序富集的UMAP可视化。 （F） 胎儿和出生后小胶质细胞中TFs最佳匹配基序的基因表达热图，如图3E所示*表明胎儿和出生后小胶质细胞之间存在差异性外压（FC>2，padj<0.05）的基因。 见图四 人类小胶质细胞具有发育阶段特有的基因调控网络。  图四 （A） 从基序共现网络（TIMON）推断转录因子相互作用的示意图。TF的高度与基序得分直接相关。 （B） 所有小胶质细胞（胎儿和出生后）的TIMON分析。节点表示TF基序，边缘表示两个转录因子之间显著的（p＜0.001）共现。节点大小与节点阶数成比例。将标记度数>10的节点。 （C） 标记胎儿小胶质细胞特异性增强子基序共现网络，程度>3的节点。 （D） 产后小胶质细胞特异性增强子基序共现网络，标记度>3的节点。 （E） 胎儿和出生后小胶质细胞中显著共存转录因子对的气泡图。节点大小表示共现频率、不透明度与显著性水平成比例。 （F） MITF-PU.1-ELF2（顶部）是胎儿小胶质细胞网络的TF集团。（中间）GO术语是与含有MITF-PU.1-ELF2的增强子相关的基因。底部UCSC浏览器跟踪显示胎儿（蓝色）和出生后小胶质细胞（红色）中LGALS3的表达以及相应的ATAC-seq和H3K27ac-ChIP-seq峰与LGALS3相关。具有MITF-PU.1-ELF2组合基序的增强子区域突出显示为黄色*表示结合的增强子区域在图S4G中验证了指示的TF。 （G） NR2C2-IRF2-MAFB-PRDM1（上图）是出生后小胶质细胞网络的一个集团-MAFB-PRDM1。（底部）UCSC浏览器跟踪显示胎儿（蓝色）和出生后小胶质细胞（红色）中CD74的表达以及相应的ATAC-seq和H3K27ac-ChIP-seq峰与CD163相关。 见图五 原代人小胶质细胞发育过程中的转录异质性。  图五 （A） 用插图注释scRNA-seq簇，插图描绘了簇0的RNA速度分析。 （B） （左）胎儿和出生后小胶质细胞scRNA-seq分析的tSNE投影。每个点代表一个细胞，颜色表示年龄贡献。条形图说明年龄对每个聚类的贡献（中）和样本贡献（右） （C） 显示胎儿（蓝色）和PN（红色）小胶质细胞每簇基因表达分布的小提琴分割图。 （D） 簇1的胎儿小胶质细胞特异性TIMON分析。 （E） 圆圈图表示每个聚类的TFAct得分，条形高度表示TF活动得分。另请参见图S6。 （F） tSNE预测MEF2C（左）和ATF4（右）的TF活动得分。 见图六 iPSC和异种移植系统捕捉人类小胶质细胞成熟的不同阶段。  图六 （A） 演示HPCs、iMGs、oMGs和xMGs从iPSC衍生的示意图。 （B） 免疫组织化学描述类器官（左）中神经元（MAP2，绿色）附近的oMGs（IBA1，红色；PU1，白色）和xMG（右）（huCD45，红色；人nuclei-Ku80，绿色；DAPI，蓝色）植入人源化小鼠大脑3周后。 （C） oMGs与大脑类器官之间基因表达的FC与胎儿小胶质细胞之间基因表达FC的基因比值图相对于胎儿皮层。Pearson的相关系数显示在右下角。最佳匹配。 （E） 与指示的神经发育障碍相关的基因表达（百万千碱基转录物[TMP]）的小提琴图。 （F） 原代人小胶质细胞、体外iPSC模型和体内xMGs的远端ATAC-seq峰（TSS>1000bp）的PCA图。 （G） （左）远端ATAC-seq峰的散点图，显示植入后8周oMGs（蓝色）和xMGs（紫色）中差异可及的区域。（右）DeoMGs（顶部）和xMGs（底部）中差异可及区域的从头基序分析。 （H） 已知与（G）中鉴定的DNA基序结合的转录因子表达的条形图*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，***p<0.0001。 （I） 与所列条件相关的遗传变异富集的LDSC分析热图显示为富集显著性的log10（q）值启动子近端（浅灰色）和远端元件（深灰色）。 见图七 小胶质细胞环境依赖性基因的转录因子网络。  图七 （A） 原代人类小胶质细胞和iPSC系统中环境依赖性基因表达变化的热图。 （B） 与离体小胶质细胞相比，体外小胶质细胞中增加的小胶质细胞基因的平均TPM（局部估计的散点图平滑[LESS]拟合）。 （C） 在xMGs中重新表达的环境依赖性小胶质细胞基因的平均TPM（LOESS拟合）。 （D） 转录因子网络，来源于TIMON，体外人小胶质细胞。 （E） 源自TIMON的离体人小胶质细胞转录因子网络。 （F） JUN-C/EBPa-SREBP2（上图）是体外小胶质细胞网络的一个集团。（底部）UCSC浏览器跟踪显示CD163在体外（棕色）和离体小胶质细胞（红色）中的RNA表达，以及相应的ATAC-seq和H3K27acChIP-seq峰与CD163相关。具有JUN-C/EBPa-SREBP2组合基序的增强子区域以黄色突出显示。 （G） IRF8-EGR1-STAT2（顶部）是离体小胶质细胞网络的一个集团。（中间）与含有IRF8-EGRP1-STAT2的增强子相连的基因的GO术语。底部UCSC浏览器跟踪显示体外（棕色）和离体小胶质细胞（红色）中MEF2A的RNA表达，以及相应的ATAC-seq和H3K27ac-ChIP-seq峰值。检测到IRF8-EGR1-STAT2基序组合的增强子区域以黄色突出显示。 （H） 选择的大脑环境调节的转录因子表达的条形图。通过单因素方差分析，基因为p＜0.001。 02 研究结论 在这里，我们通过提供关于胎儿和胎儿的活性增强子库的数据资源PN小胶质细胞。然后，我们建立了两种方法，即TIMON和TFAct，它们集成了多组数据集来推断TF在小胶质细胞发育中的作用。TIMON是一项技术进步从目前的基序富集分析从个体到增强子TF作用的思考一组转录因子，与增强子选择需要多个转录因子的公认机制一致12，31相反，TFAct利用scRNA-seq和表观遗传学峰值数据来推断单细胞的TF活性决议预测TF活性的现有工具，包括基序活动反应分析（MARA）69，70和单细胞调控网络推理与聚类（SCENIC）71受到以下限制他们专注于启动子相关的TF基序，使它们不足以解读具有广泛表观遗传学的细胞类型来自远端调节元件（如小胶质细胞）的控制。 好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！如果你正在开展临床研究.需要方案设计.数据管理. 数据分析等支持.也随时可以联系我们。 |
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