学术动态 | 空间转录组测序研究思路分享
细胞的空间位置就如同宇宙中行星的运行轨迹，对细胞、组织功能具有无可比拟的作用，同时基因表达的位置信息对于理解组织功能和病理变化具有重要的意义。空间转录组测序技术对于空间位置研究来说是一个突破，目前也可将空间转录组测序技术与单细胞转录组测序技术相结合，综合两种技术能够实现不同单细胞亚群的空间定位和对空间转录组位置区域的细胞类型注释。
本期推送带来两个研究案例，帮助你进一步了解空间转录组测序技术是如何帮助科研工作者解决问题的。
案例一
研究背景
下丘脑中的多种神经元在青春期发育过程中对多个基因的转录活性进行复杂的调控，以激活下丘脑-垂体-性腺通路。青春期相关细胞组成的鉴定和不同细胞独特转录特征的表征，有利于分离特定神经元和深入了解它们的功能。
研究方法
通过10x Genomics Visium平台和雌性Sprague-Dawley大鼠出生后第25、35和45天的下丘脑来构建弓状核 (ARC) 中基因表达的动态空间图谱。通过流式细胞术检测，利用亲吻素神经元选择性表达的表面蛋白对体外培养的神经元进行分类。使用Smart-seq检测分离细胞的转录组。
大鼠下丘脑细胞群的空间转录组测序
研究结果
在ARC中发现了4个具有相似基因表达特征的神经元亚群。只有一个亚群能够稳健表达Kiss1，这一亚群可以通过一种独特的膜表面生物标志物SLC18A3分离。此外，呈现三个表达模块的不同亚群中的基因在每个青春期阶段都有明显的功能。不同类型的细胞在神经胶质或神经元分化、激素分泌以及雌二醇反应等方面表现出不同的功能，它们之间精确地相互影响和协调，从而形成了一个复杂的下丘脑-垂体-性腺通路启动和调节调节网络。
根据12436个spot中5179个基因整体表达关系的转录组发现细胞被分为14个簇
研究意义
该研究揭示了不同青春期阶段ARC的全面转录组学概述，这可以作为研究青春期和性发育障碍的宝贵资源。
案例二
研究背景
Wnt蛋白在包括前列腺在内的许多器官的发育、稳态和疾病进展中发挥关键作用。然而，Wnt蛋白在不同发育阶段的前列腺细胞谱系和前列腺癌中的时空表达模式仍未被充分表征。
研究方法
研究通过流式细胞术分离发育和成熟小鼠前列腺上皮细胞和基质细胞，并测定了Wnt配体的表达水平。使用10x Genomics Visium空间基因表达分析来确定Wnt配体在小鼠前列腺中的空间分布。利用激光捕获显微镜结合基因表达分析，研究还确定了Wnt信号成分在晚期人类前列腺癌标本间质和癌细胞中的表达模式。为了研究基质衍生的Wnt配体如何影响前列腺发育和稳态，研究使用Col1a2-CreERT2小鼠模型来特异性地破坏前列腺基质细胞中的Wnt转运蛋白。
研究结果
研究发现前列腺基质细胞是几种Wnt配体的主要来源。10× Genomics Visium空间基因表达分析揭示了前列腺腺中Wnt配体的明显空间分布。此外，研究还发现Wnt信号成分在原发性和晚期人类前列腺癌的基质区室中高度表达。阻断基质Wnt分泌减弱了前列腺上皮的增殖和再生，但不影响细胞存活和谱系维持。
成年小鼠前列腺Wnt配体的空间基因表达分析。（A）小提琴图显示了10周龄C57BL/6小鼠前列腺前叶远端和近端导管中11个Wnt配体的平均表达水平。空间基因表达分析中未检测到其他Wnt配体，小提琴图中未显示。统计分析基于四个独立的实验进行。（B）Wnt4、Wnt5a、Wnt7b、Wnt9a和Wnt10a在前列腺前叶和尿道中空间基因表达水平的代表性图像。
研究意义
研究证明了基质衍生的Wnt配体在前列腺发育和稳态中的关键作用。
参考文献：
[1] Zhou S, Zang S, Hu Y, et al.Transcriptome-scale spatial gene expression in rat arcuate nucleus duringpuberty. Cell Biosci. 2022;12(1):8. Published 2022 Jan 21.doi:10.1186/s13578-022-00745-2
[2] Wei X, Roudier MP, Kwon OJ, etal. Paracrine Wnt signaling is necessary for prostate epithelial proliferation.Prostate. 2022;82(5):517-530. doi:10.1002/pros.24298
