ISL1

中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队在脊髓组织体外制造研究中取得系列进展。该团队建立了含有人神经干细胞和星形胶质细胞的脊髓组织制造技术，在体外实现了厘米级的临床可移植的脊髓组织制造（Jin e 中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队在脊髓组织体外制造研究中取得系列进展。该团队建立了含有人神经干细胞和星形胶质细胞的脊髓组织制造技术，在体外实现了厘米级的临床可移植的脊髓组织制造（Jin et al, Bioengineering & Translational Medicine, 2022），并通过材料与细胞共价偶联技术制造了具有药物靶向引导功能的人脊髓组织（Liu et al, Science Advances, 2023）。 近期，该团队在脊髓制造研究中取得了新进展。研究通过诱导神经干细胞在胶原材料中预分化，制造出具有背腹侧结构的类脊髓组织（DV-SC），且在移植到大鼠和恒河猴全横断脊髓损伤模型中后显示出良好的治疗效果。 研究利用神经分化信号因子组合对接种在胶原支架材料上的神经干细胞进行了为期30天的定向诱导分化，所获得的DV-SC中含有多种类型的脊髓背腹侧神经元，包括BRN3A+ INs（背侧dilc-di3，diLB-di5神经元）、TLX3+ INs（背侧di3，diLB-di5神经元）、LMX1B+ INs（背侧diLB-di5神经元）、LHX1+ INs（腹侧di6-V1神经元）、FOXP2+ INs（腹侧V1神经元）、HB9+及ISL1+（运动神经元）。 该研究将DV-SC移植到大鼠和恒河猴T8-9完全性脊髓损伤模型中。DV-SC可以在大鼠和恒河猴损伤区更好地存活，产生成熟的功能性神经元。此外，DV-SC能够对应感觉和运动环路整合到宿主全横断的脊髓神经网络中，其中DV-SC来源的HB9+轴突和BRN3A+轴突可分别和宿主5-羟色胺5-HT+轴突和降钙素基因相关肽CGRP+轴突形成靶向突触连接，部分恢复中断的神经回路，进而改善脊髓损伤大鼠和恒河猴的运动诱发电位和后肢运动功能的恢复。 相关研究成果在线发表在Bioactive Materials上。研究工作得到国家自然科学基金重大项目和中科院战略性先导科技专项的支持。

在一项新的研究中，研究人员首次发现非神经元细胞经过诱导后可以模拟小鼠眼睛中的特定神经节细胞。该进展有望有朝一日能为科学家们创造出一条治疗包括青光眼、黄斑变性和帕金森病在内的多种神经退行性疾病的新途径。 眼睛中的神经退行性疾病导致失明，因为哺乳动物的神经系统缺乏再生能力。在其他脊椎动物中，如鱼类和两栖动物，视网膜能够取代失去的神经元并恢复视觉功能。米勒胶质细胞（müller glia）是脊椎动物视网膜的主要胶质细胞，可作为具有神经系统再生能力的物种中神经源性祖细胞的来源。然而，在哺乳动物的视网膜中，米勒胶质细胞对视网膜损伤的反应是炎症反应而不是再生反应。 在一项新的研究中，美国华盛顿大学医学院生物结构教授Tom Reh及其研究团队首次发现非神经元细胞经过诱导后可以模拟小鼠眼睛中的特定神经节细胞。这一进展有望有朝一日能为科学家们创造出一条治疗包括青光眼、黄斑变性和帕金森病在内的多种神经退行性疾病的新途径。相关研究结果发表在2022年11月25日的Science Advances期刊上，论文标题为“Reprogramming Müller glia to regenerate ganglion-like cells in adult mouse retina with developmental transcription factors”。 Reh团队之前已发现小鼠视网膜组织中的胶质细胞经诱导后可以变成神经元。如今他们改进了这一过程，以生产特定的细胞。Reh说，“我们主要只能制造一种类型的神经元---双极神经元（bipolar neuron）。就像我们当时所说的，我们可以制造一种没有人因疾病而失去的神经元。因此，虽然这非常令人惊讶，但它也不是超级临床相关的。从那时起，我们一直在试图弄清楚，我们是否可以对哺乳动物的这一过程进行进一步修补，看看我们是否可以扩大可再生的神经元类型的范围。” 在过去的三年里，Reh团队研究了脊椎动物（比如斑马鱼）中具有再生能力的称为转录因子的蛋白。转录因子是与DNA结合并调节基因活性的蛋白。这反过来又控制着决定细胞结构和功能的蛋白的产生。 此前，Reh团队学会了通过小鼠视网膜米勒胶质细胞过表达促神经因子Ascl1使之恢复到更原始的状态，即视网膜祖细胞。然后进一步的处理可以将所产生的视网膜祖细胞推向其他方向。 Pou4f2和/或Islet1刺激RGC样神经元的再生。图片来自Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abq7219。 在这项新的研究中，Reh团队测试了组合使用促神经因子Ascl1和其他的发育上重要的转录因子是否能够更加精确地将源自视网膜米勒胶质细胞的视网膜祖细胞变成特定的视网膜细胞。具体来说，他们探讨了Ascl1过表达与其他两种不同类型的转录因子---Islet1和Pou4f2---组合使用的效果。这两种不同类型的转录因子已被证明对发育中的视网膜的细胞命运决定很重要，其中Pou4f2对视网膜神经节细胞（RGC）分化是必要的，而Islet1对包括RGC在内的几种类型的视网膜神经元的发育很重要。 他们发现，Pou4f2和Islet1以及Ascl1在成年小鼠米勒胶质细胞中的表达引导由米勒胶质细胞产生的一个神经元亚群走向类似于RGC的细胞命运。这些由米勒胶质细胞产生的RGC样神经元(i)可以用正常RGC的标志物进行免疫标记；(ii)通过单细胞RNA测序（scRNA-seq），具有与发育中的RGC相似的转录组；(iii)比单独由Ascl1产生的神经元具有更广泛的电生理特征，如动作电位；以及(iv)显示与发育中RGC相似的染色质易接近性模式。这些研究结果表明，组合使用与发育有关的转录因子，可以将源自米勒胶质细胞的神经再生导向特定的细胞类型。 Reh说，这种方法“有可能具有真正广泛的适用性，因为它的原理是使你的胶质细胞成为类似祖细胞的细胞，但如今你不只是让这种细胞做它想做的事情。你控制它并引导它进入特定的发育轨迹。我认为这将普遍适用于大脑修复和脊髓修复的其他领域。” （生物谷 Bioon.com） 参考资料： Levi Todd et al. Reprogramming Müller glia to regenerate ganglion-like cells in adult mouse retina with developmental transcription factors. Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abq7219.

该研究描绘了ccRCC的单细胞转录组和表观基因组图谱，识别了肿瘤细胞特异的基因转录和表观调控程序，为设计更有效的治疗策略提供了新的线索。 肾透明细胞癌（clear cell renal carcinoma, ccRCC）是肾细胞癌中最常见和最具侵袭性的亚型。当前多种临床治疗策略，如靶向治疗和免疫治疗，仍然还无法很好地应对高度异质性的肿瘤微环境，所以在临床上并没有取得令人满意的治疗效果。深入刻画ccRCC微环境中的细胞组成和基因组调控特征对于我们理解肿瘤致病机理和开发新的治疗策略具有重要意义。 近年来，单细胞测序技术飞速发展，已经能够检测出单个细胞的基因转录表达和表观基因组调控等多种维度的信息。这种单细胞水平的多维度信息能够以更高分辨率和更广的视角来帮助解析组织发育和疾病发生发展的关键因素。最近，多个研究团队针对健康的肾脏组织，联合single-nucleus RNA-seq和single-nucleus ATAC-seq技术刻画了在肾脏发育过程基因表达和表观基因组调控的特征，并识别了驱动肾小管细胞分化和近端小管上皮细胞亚群转换的关键调控因子。然而，ccRCC的单细胞多维度视角目前还没有被打开。 西湖大学生命科学学院谢琦研究员和浙江大学医学院附属第二医院泌尿外科文甲明和王博涵课题组合作作为共通讯作者（谢琦课题组龙志林为本文第一作者）在 Cell Discovery 期刊上发表题为：Single-cell multiomics analysis reveals regulatory programs in clear cell renal cell carcinoma 的研究论文，对ccRCC在单细胞水平进行了多维度的探索。 该研究整合了single-cell RNA-seq（scRNA-seq）和single-cell ATAC-seq（scATAC-seq）数据，描绘了ccRCC的转录组和表观基因组图谱，识别了在肿瘤细胞和多种免疫细胞中发挥重要作用的调控因子，进一步阐明了ccRCC的异质性并发现了潜在的治疗靶点。 该研究对ccRCC患者的肿瘤组织进行了配对的scRNA-seq和scATAC-seq测序，分别获得了38097和21272个单细胞。通过单细胞数据分析，识别了多种淋巴细胞和髓系细胞亚群。联合ccRCC标志基因CA9和拷贝数变异特征，在两种数据类型中各鉴定出了一个肿瘤细胞群体。总的来说，免疫细胞是ccRCC微环境中主要的细胞群体（>70%）,肿瘤细胞只占不到10%。 图1：ccRCC的单细胞转录和染色质可及性图谱 图2：4个肿瘤细胞特异富集的转录因子 为了进一步调查这些调控因子对肿瘤细胞的影响，研究人员分别在肾细胞癌细胞系和异种移植小鼠肿瘤模型中分别敲低这几个转录因子，发现能够显著降低肿瘤细胞的生长。同时结合小分子化合物扰动数据库-LINCS10，研究人员筛选出了2个已被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于疾病治疗的药物（homoharringtonine和mitotane）能够明显降低HOXC5,ISL1和VENTX的表达，并在两个肾细胞癌细胞系进行了进一步的验证。 图3：靶向4个转录因子抑制肿瘤生长 此外，研究人员也刻画了对各个免疫细胞亚群的转录程序和表观特征，并在肿瘤细胞和免疫细胞亚群间识别出了多对具有潜在临床意义的配体-受体互作对。综上所述，该研究描绘了ccRCC的单细胞转录组和表观基因组图谱，识别了肿瘤细胞特异的基因转录和表观调控程序，为设计更有效的治疗策略提供了新的线索。