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发育中的小鼠性腺中一种罕见的支持性谱系的起源、特征和分化

Chloé Mayère, Violaine Regard,Aitana Perea-Gomez,科里Bunce,Yasmine Neirijnck, Cyril Djari,Pauline Sararols, Richard Reeves, Simon Greenaway, Michelle Simon, Pam Siggers, Diana Condrea, Françoise Kühne,伊万娜·甘塔尔,唐芙蓉,伊莎贝尔Stevant,劳拉·Batti诺伯特•b•Ghyselinck达格玛威廉,安迪·格林菲尔德布兰奇嵌环,玛丽- Chaboissier,哔叽Nef

预印本发布于2021年9月17日https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.09.15.460431v1

Go-nad:建立发育中的小鼠性腺的单细胞转录组图谱。

选择 马丁Estermann

背景:

性腺可以分化成两个完全不同的器官:男性的睾丸和女性的卵巢。在胚胎发育早期,雄性和雌性性腺是无法区分的。它们含有相同的细胞类型,具有相似的转录组。在性别决定的过程中,每一种性腺细胞类型都进入卵巢或睾丸的命运。在小鼠中,这一过程开始于胚胎11.5天左右(E11.5), y连锁基因上调对不起在雄性支持细胞中,上调表达开始向支持细胞分化Sox9Fgf9而且抗苗勒氏管激素.在女性中,缺乏对不起Wnt4/b-catenin信号通路的稳定导致颗粒前细胞分化和转录因子的上调Foxl2.这些支持细胞将协调其余性腺细胞类型的分化,从而形成功能完整的卵巢或睾丸。在睾丸中,一个相互连接的小管网络,睾丸网,连接输精管和输精管,将精子运输到附睾。在女性中,卵巢网与睾丸网是同源的,尽管其生理功能尚不清楚。关于睾丸网和卵巢的胚胎起源、分子调控和发育知之甚少。

单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术已经改进了异质性细胞类型的基因表达分析,允许对细胞身份进行公正的分析。我们更接近于能够在单细胞水平上精确定义基因表达。本研究对E10.5 ~ E16.5雄性和雌性小鼠性腺进行了全性腺单细胞RNA-seq检测。该研究生成了发育中的雄性和雌性性腺的转录组图谱,确定了一个参与睾丸网/卵巢形成的新细胞群。

重要发现

1)识别小说Pax8像细胞群一样的积极支持

对E10.5和E11.5雄性和雌性进行单细胞RNA测序Nr5a1-GFP小鼠泌尿生殖脊包括性腺和中肾组织,E12.5、E13.5和E16.5 XX和XY性腺。总共有超过90,000个细胞被测序,使其成为迄今为止最大的胚胎性腺数据集。聚类分析确定了43个转录上不同的聚类和19种性腺细胞类型,包括上皮细胞、支持细胞、类固醇细胞、间质细胞、中肾细胞、免疫细胞和生殖细胞。

其中,一个新的支持细胞群被鉴定。这些细胞表达体细胞性腺细胞标记物,包括Nr5a1Wt1,Gata4,以及Pax8中肾小管和睾丸网/卵巢的著名标志。此外,这种细胞类型表达Sox9,支持雄性(Sertoli)标记,以及Wnt4,颗粒(女性)细胞标记。在E11.5雄性生殖腺中PAX8免疫荧光证实了这些细胞类型的存在于中肾-生殖腺边界,与GATA4共定位,部分与SOX9共定位(图1)。

图1所示。PAX8阳性细胞定位于性腺-中肾边界.PAX8、GATA4和SOX9在XY E11.5生殖嵴上全贴装免疫荧光。白框为放大区,虚线勾画性腺-中肾边界。比例尺= 50um(预印图4)。

2)Pax8阳性细胞有助于睾丸网/卵巢和支持细胞

为了说明这种新型支持样细胞群的作用,我们使用转基因小鼠进行谱系追踪。此鼠标在RFP的控制下表达Pax8启动子。分别于E13.5、E16.5和出生时(P0)采集XX和XY性腺,光片荧光显微镜清晰及3D成像(图2A)。在男性,Pax8阳性衍生细胞聚集在睾丸网,在性腺颅背区。雌性生殖腺的前背侧也有RFP阳性细胞。在两个性腺中,RFP阳性细胞也被发现分散在性腺中,但在雄性中比例高于雌性。这些Pax8来自性腺的细胞在雄性中与支持细胞标记AMH共定位(图2B),在雌性中与颗粒细胞标记FOXL2共定位(图2B)。这表明,Pax8阳性细胞产生睾丸网和卵巢,以及一些性腺支持细胞。

图2所示。Pax8阳性细胞谱系追踪.(A)三维重建Pax8-源性细胞(洋红色)位于E13.5、E16.5和P0雄性和雌性生殖腺中。(B) ColocalizationPax8-衍生细胞(品红),雄性带有支持细胞标记AMH(绿色),雌性带有颗粒标记FOXL2(绿色)。白色箭头表示两种标记的共域化。白框表示放大区域。(预印图5)。

3)调控睾丸网分化的是WNT4信号,而不是维甲酸信号

在E13.5中两性的性腺,Wnt4表达位于睾丸网和卵巢网形成的前背侧部位。这表明,Wnt4信号转导对睾丸网和卵巢网的发育可能很重要。在Wnt4剔除的睾丸更少Pax8阳性细胞,缺乏睾丸网形成。相反,缺乏维甲酸信号的睾丸(缺乏所有3种同型维甲酸受体)显示正常的睾丸网和卵巢网发育。综上所述,这些结果表明,WNT4而不是维甲酸信号对睾丸网的发育很重要。

选择这篇论文的原因:

作为一个研究性腺发育和性别分化的人,这对我来说是一篇有趣的论文。它不仅是哺乳动物胚胎性腺中最大的单细胞数据集,而且还发现了一个以前未被鉴定的细胞群,该细胞群涉及研究最少的过程之一,睾丸网和卵巢网的发育。该出版物具有成为小鼠胚胎性腺图谱的潜力。这项研究可能只触及了这个数据库的表面,因为它只聚焦在这个没有特征的地方Pax8我毫不怀疑,对这个大型数据集的深入分析将影响我们理解性腺发育和分化的方式。

作者未来的方向/问题:

  • 有趣的是,这些细胞表达Pax8(中肾小管标志),位于中肾-性腺交界处。从Pax8谱系追踪看起来它们是从中肾迁移到性腺的。这些细胞是从中肾迁移来的还是来自体腔上皮?你在它们(3D成像和scRNA-seq数据)上看到GFP (Nr5a1)表达了吗?
  • 为什么你认为这个群体直到现在都没有特征?为什么你认为这一人群在之前的性腺scRNA-seq中没有被识别出来?

发布日期:2021年9月29日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.30761

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作者的回应

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问:有趣的是,这些细胞表达Pax8(中肾小管标志),位于中肾-性腺交界处。从Pax8谱系追踪看起来它们是从中肾迁移到性腺的。这些细胞是从中肾迁移来的还是来自体腔上皮?你在它们(3D成像和scRNA-seq数据)上看到GFP (Nr5a1)表达了吗?

答:我们认为SLC谱系早在E10.5开始于体腔上皮(CE)衍生祖细胞亚簇中。这一特殊的细胞亚簇具有非常独特的转录组特征:首先,这些细胞与其他ce衍生的祖细胞具有非常相似的转录组特征,在其他祖细胞中表达Nr5a1和Gata4(它们也具有荧光并表达GFP)。此外,差异表达分析表明,与E10.5的其他ce源细胞相比,该亚组中表达的15000个基因中只有100个存在差异表达(即占总数的0.7%)。这包括SLC谱系中Pax8、Ncam1和Enpp2三个标志物的过表达,以及CE标志物Lhx9、Upk3b、Gata4、Tcf21和Wt1的下调。最后,与中肾管细胞不同,它不表达Pax2基因。总之,我们的scRNA-seq分析与ce来源的SLC谱系一致。SLC细胞靠近中肾的定位极有可能是由于中肾分泌因子对SLC谱系的特异性而导致的,这些分泌因子尚待鉴定。

问:为什么你认为这个群体直到现在还没有被定性?为什么你认为这一人群在之前的性腺scRNA-seq中没有被识别出来?

答:scRNA-seq技术的出现允许不经先验地描述器官中所有细胞的特征。通过将该技术应用于发育中的性腺,并对大量细胞(即10万个)进行测序,就有可能识别出短暂存在的罕见细胞群或祖细胞。这正是SLC谱系的情况,在E11.5时为2.7%,在E16.5时为0.1-0.3%。这一谱系没有更早被发现的另一个原因是历史原因,可能是由于对睾丸网和传出管的起源和形成缺乏兴趣。最近有一篇关于这个主题的优秀评论(PMID: 33661305)。

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