单细胞测序揭示小鼠附睾细胞以及特殊的线粒体富集阶段的时空景观

发布时间：2021-06-17 16:02:06  

今日，南通大学生殖医学研究院副院长陈浩团队联合新格元生物科技有限公司在国际前沿期刊《Cell Discovery》上发表小鼠附睾单细胞转录组测序文章，题为：Spatio-temporal landscape of mouse epididymal cells and specific mitochondria-rich segments defined by large-scale single-cell RNA-seq。文章采用9例小鼠附睾组织，利用新格元自主研发的GEXSCOPE^®组织保存试剂，解离试剂以及微流控微孔板芯片技术，成功获得高质量的单细胞测序数据，助力小鼠附睾细胞时空景观的构建。

研究背景

附睾是非常重要的男性性器官，在精子运输，成熟和存储中起着关键的作用。精子在附睾中获得其动力和受精能力。在附睾中，受到管腔微环境的影响，精子的细胞膜会发生一系列的生物化学修饰。附睾管腔微环境主要由附睾上皮细胞维系，能够促进精子的成熟。但是，组成附睾的三个部分，附睾头，体，尾的微环境是不同的，对于精子成熟影响也起着不同的作用。附睾头和体的管腔分泌物能够帮助精子获得动力和受精能力。附睾尾部的分泌物则能够维持精子存储的微环境，保持精子的受精能力。这种功能的不同主要由于细胞组成和表达基因差异所致。附睾管腔上皮属于假复层上皮，包含多种细胞类型，行使不同的生理学功能，其中包括principal cell，basal cell和clear/narrow cell，其在附睾的不同部位存在较强异质性。解析附睾不同部位的细胞组成对于理解精子成熟以及附睾相关疾病是至关重要的。但是目前对于附睾上皮细胞在附睾中的时空分布，以及基因表达情况还没有明确报导。

研究流程

取出生后42天和56天的小鼠附睾，分别取附睾头，体，尾部进行海量单细胞转录组测序，去除红细胞以后共得到40623个单细胞，进行后续的分析。

研究结果

●基于GEXSCOPE^®微流控微孔板的scRNA-seq技术揭示全面完整的附睾细胞异质性

为了研究小鼠附睾的细胞异质性，选取了小鼠附睾发育关键的两个时期，分别为出生后42天和56天。出生后42天小鼠附睾，包含第一波精子，出生后56天小鼠附睾包含第二波成熟精子。基于GEXSCOPE^®微流控微孔板的scRNA-seq技术，从一只42天小鼠附睾头，体，尾三个部分共得到13，360个细胞，从两只56天小鼠附睾头，体，尾三个部分共得到28，725个细胞。经过质控，以及去除红细胞，最后将40623个细胞进行了后续的分析。聚类注释共得到8种细胞类型，包括principal cell，myoid cell/fibroblasts，clear/narrow cell，巨噬/单核细胞(macrophages/monocytes)，basal cells，halo/T cells，内皮细胞(endothelial cells)和精子(sperm)(图1 b)。八种细胞类型在不同时期小鼠附睾，以及附睾不同部位都有分布(图1c)。

图1 出生后42天和56天小鼠附睾头、体、尾细胞图谱绘制

● Principal cell不同亚型在附睾不同部位异质性分析

将principal cells重新聚类细分，共得到8个细胞亚型，命名为Prc1-Prc8(图2a)。Top10差异基因热图显示各个亚型具有自己独特的转录组信息(图2b)。通过对8个principal cells亚型的差异基因进行GO功能富集，显示他们对于附睾微环境的调节具有不同的功能(图2c)。其中发现Prc7和Prc8特异性的富集纤毛组装，微管运动和纤毛依赖性的细胞运动相关通路。这些结果显示Prc7和Prc8与在组织学上面描述的附睾上皮细胞相吻合：含有纤毛并且高表达肌动蛋白(Actb)。Actb虽然在Prc7中表达最强，但是在其他的principal cell亚型中也有所表达，所以不能作为Prc7的特异性marker(图2d)。通过差异基因可以筛选出Prc7的特异性表达marker(图2e)。其他附睾上皮细胞也进行了重新聚类细分，并做了GO功能富集。这些结果都说明附睾上皮细胞存在比较复杂的转录信息，与附睾的功能息息相关。