单细胞测序揭示出cashmere山羊毛发周期中DP细胞的中间状态和功能
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文献信息
文章题目：Single-cell sequencing reveals the intermediate cell state and function of dermal papilla cells in the hair follicle cycle of cashmere goats
预印本：Research Square
发表时间：2020年5月
DOI：10.21203/rs.3.rs-25379/v1
摘要
皮肤乳头细胞（DP细胞）在毛囊的发育中起着重要作用，但是关于DP干细胞在整个毛囊周期过渡过程中的分化和机制的知识仍然有限，尽管一些研究报道说DP细胞可能 在分化过程中处于中间细胞状态，具体细胞状态的分类和功能尚不清楚。
本文主要使用具有明显毛囊周期性的羊绒山羊作为模型动物，并根据无偏见的单细胞RNA测序，鉴定并分离了DP细胞数据。伪时间排序分析用于成功构建DP细胞谱系分化轨迹，并揭示了关键基因，信号传导途径和参与细胞命运决定的功能的顺序激活。同时分析了不同细胞命运的机制，揭示了四种不同中间细胞的功能：中间细胞10在羊绒的生长和维持羊绒附着在皮肤上显示出重要的功能；中间细胞1在次级毛囊的凋亡和羊绒脱落过程中显示出重要的功能；中间细胞0启动了新的卵泡周期，并完成了毛囊的迁移和羊绒的出现；建议中间细胞15是DP祖细胞。
方法
24个月大的雌性内蒙古cashmere 山羊。取其生长期(HFA)、休止期(HFT)的山羊背部皮肤。
① 生长期3000个细胞，检测出19371个基因；休止期1000个细胞检测出17045个基因。 ② 基于Monocle伪时间排序分析，我们成功构建了DP细胞谱系分化轨迹，并揭示了细胞命运决定过程中涉及的关键基因，信号通路和功能的顺序激活。 ③ 我们分析了不同细胞命运的机制，这些机制为毛囊周期启动期间DP细胞的作用提供了分子机制。KEGG,PPI分析等。
结果
1.细胞聚类
生长期和休止期的细胞不重合，聚集成16个clusters【文章本身放的图就很模糊。。【文章参照的是小鼠的基因】
DP cells marker: Lef1, Msx1, Pcna 和 Hoxc13, 发现 clusters 0, 1, 10和15 是DP 细胞。如下图。右图是细胞注释后的聚类图。
2.DP细胞的中间状态和细胞命运的决定
基于monocle算法对所有细胞（图A）和DP细胞（图B）进行伪时间排序。DP细胞在毛囊过程的伪时间顺序中具有四个分支点。cluster0主要集中在分支点1和3；cluster1主要集中在分支点2和4。cluster10集中在分支点4的预分支处。cluster15集中在分支4和分支点3的分支处。
然后看了下关键基因在各种细胞状态下的表达。
接着对各个分支点进行描述、解释。KEGG信号通路分析，可视化功能与信号通路之间的关系，基因与蛋白质的互相作用。如下图，分别对每个branch进行同样套路分析。
① cluster10到cluster1的转变，预测毛囊凋亡
挑选了分支点4
② 中间状态1在毛囊凋亡过程中发挥作用，而中间状态cluster0在毛囊发育过程中起到作用
分支点2
③cell fate3揭示出毛囊生长期的发育
分支点3
④ DP细胞终极命运：毛囊的发育和新毛发的生长
分支点1
分析讨论
总的来说，本文揭示了四种不同的中间细胞的功能：中间细胞10在羊绒的生长和维持羊绒附着在皮肤上显示出重要的功能；中间细胞1在细胞凋亡和羊绒脱落过程中显示出重要的功能。中间细胞0启动了新的卵泡周期，完成了毛囊的迁移和羊绒的生长。值得注意的是，在毛囊发育的所有阶段都存在cluster15，并且细胞数量相对稳定。因此，推测cluster 15是DP祖细胞。由此，我们总结了毛囊周期中DP细胞的细胞命运（图6G）。
在毛囊周期中，总的DP细胞可分为三个命运：休止期细胞命运，生长期细胞命运和退行期细胞命运。休止期细胞的命运主要描述了DP细胞在羊绒维持和表皮附着方面的功能。生长期的细胞命运揭示了DP细胞对毛囊发育和羊绒生长的功能；退行期细胞命运描述了DP细胞完成其功能后返回其原始状态的过程（仅根据细胞状态推断，尚未进行深入研究）。
最后，蛋白质印迹分析用于检测LEF1蛋白的表达（图6H左），这间接验证了DP细胞数量的变化规律。结果表明，LEF1的表达在从毛发生长期到生长期的转变中显着增加，并在从生长期到生长期的转变阶段持续增加（图6H，右），表明在毛囊发育过程中DP细胞的数量增加了。这与我们的单细胞转录组测序结果一致。但是由于毛囊的数量同时增加，因此我们无法确定每个毛囊中DP细胞的数量。通常，蛋白质印迹结果揭示了毛囊发育过程中DP细胞的定量变化。
ANALYSIS OF SINGLE CELL RNA-SEQ DATA
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