A spatiotemporal organ-wide gene expression and cell atlas of the developing human heart

文章目录

A spatiotemporal organ-wide gene expression and cell atlas of the developing human heart
前言
- 1.文章框架
- 2.取样
- 3.免疫组化
- 4.空间转录组
- 5.单细胞测序
- 6.原位测序

前言

今天讲的是2020年发表在cell的人类心脏发育的时空器官全基因表达和细胞图谱，文章通讯作者是瑞典KTH皇家技术学院的教授。欧洲主要的测序平台NGI并行测序系统就是他领导建立的。它是special transcriptome的发明人，是后续10X公司空间转录组技术的前身。

1.文章框架

先来看一下文章的思路。这篇文章拿人的胚胎心脏做了三组实验：空间转录组，10X单细胞测序，原位测序。最后整合了这三组数据得到了心脏的时空图。

2.取样

文章取了人类3个胚胎心脏样本做成切片做空间转录组，4.5-5周龄的切成4片，6.5周龄的切成9片，9周龄的切成6片。

3.免疫组化

首先做了免疫组化，看一下人胚胎心脏在三个时期的发育情况。文章做了三种染色。DAPI是蓝色, 可与DNA中富含腺嘌呤-胸腺嘧啶的区域牢固结合.染成绿色的是TNNT2蛋白，这个蛋白主要在左右心室心房表达。第二个染色的蛋白是ACTA2，染色为红色，主要表达在白色虚线圈出来的区域，主要在心脏主动脉和肺动脉表达。橘色区域圈出来的是包含有肺静脉的纵膈组织，这个只有在6.5周后才出现。

4.空间转录组

接下来对前面所有的切片做了空间转录组，得到了3115个spot，对这些spot做PCA降维聚类分析，得到10个簇，代表10个不同的解剖区域，比如零号簇代表紧凑型心室心肌，1-3号为小梁型心室心肌。

把这些spot映射到切片上去，可以看到0-4号簇都是心肌细胞，spot的数量也随着胎龄的增大而增大，反映了心脏的生长

接着对这10个簇做差异基因分析，找到每个簇的差异基因，向上是表达上调向下是表达下调。红颜色是差异表达超过0.01的点，接着对每个簇中表达上调的基因做GO富集，0-4号簇都富集有心脏收缩和心脏发育的功能，第0簇在代谢方面有富集，第1-2簇在传导方面有富集，第3簇在氧化代谢方面有富集等等。

5.单细胞测序

文章另外取了一个6.5胎龄的心脏，把心脏横切为上下两部分，分别做10X单细胞测序，分两半测序是为了区分细胞来自心脏的哪个部分。测序完成之后，总共得到3717个高质量的单细胞，接下来把上下两半的单细胞合并起来做聚类分析，结果得到15个簇，这15个簇代表不同的细胞类型，例如第0簇是毛细血管内皮细胞。

6.原位测序

然后做了原位测序，文章选用了69个基因做目标基因，做了个panel做目标测序。这是原位测序得到的结果图。来看当中的一小部分，取出一个区域放大，灰色背景是DAPI染色，DAPI染色说明这里有一个细胞，放射出来的符号表示mRNA对应的基因。

根据原位测序结果可以估算出来切片当中各种细胞的分布，细胞类型和10X单细胞测序得到的15个簇相同。

原位测序图和细胞种类图是相对应的，取其中相对应的同一部分，得到C图和D图，D图的小圆圈都是占比的饼图。E图上半部分是细胞中表达的各种基因，下半部分是从统计上看这些基因属于哪个簇的细胞。可以看第二个图，77.8%的是心外膜来源的细胞基因，所以把这个细胞定义为心外膜来源细胞。按照这种方法就可以得到完整切片的细胞种类图。

把多张切片的细胞种类图在三维心脏模型中叠加，可以得到完整的细胞种类三维图。把所有切片的空间转录的spot点叠加到三维心脏模型，就可以得到心脏的三维转录组空间图，这是这张图的三视图。

有了不同时间和不同空间的细胞种类和转录组空间图，人类心脏发育的时空图就得到了。

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