A gradient border model for cell fate decisions at the neural plate border
A gradient border model for cell fate decisions at the neural plate border
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神经板边界细胞命运决策的梯度边界模型
DOI：
10.1101/2022.02.15.480567
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Thiery A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Thiery A
脊椎动物的“神经板边界”是位于神经板边缘的一个短暂的领域，包含所有外胚层衍生物的前体：神经板，神经嵴，基板和表皮。在一系列脊椎动物模型中进行的优雅的功能实验提供了对外胚层内基因调控相互作用的深入理解。然而，在组织水平进行的这些实验提出了似乎相互矛盾的个体细胞命运分配模型。本研究对鸡胚外胚层从原条到神经胚形成期的细胞进行单细胞RNA测序，探讨细胞状态的多样性和异质性。我们研究了基因模块的动态，使我们能够模拟外胚层命运分离时发生的分子事件的顺序。此外，我们发现，以前被归类为神经板边界“指定”的基因通常表现出动态的表达模式，并丰富的神经，神经嵴或基板的命运，揭示了神经板边界应被视为一个异质的外胚层领土，而不是一个离散的过渡转录状态。神经，神经嵴和基板标志物的分析表明，个别NPB细胞共表达竞争的转录程序，这表明他们的最终身份尚未固定。随着细胞命运决定的发生，这种“边界定位未定祖细胞”（BLUP）的数量逐渐减少。考虑到我们的研究结果，我们提出了一个概率模型的细胞命运的选择在神经板的边界。我们的数据表明，一个祖先的女儿有助于一个给定的外胚层衍生物的概率是有关的竞争转录程序，这反过来又是由一个祖先的时空位置调节的平衡。
The vertebrate ‘neural plate border’is a transient territory located at the edge of the neural plate containing precursors for all ectodermal derivatives: the neural plate, neural crest, placodes and epidermis. Elegant functional experiments in a range of vertebrate models have provided an in-depth understanding of gene regulatory interactions within the ectoderm. However, these experiments conducted at tissue level raise seemingly contradictory models for fate allocation of individual cells. Here, we carry out single cell RNA sequencing of chick ectoderm from primitive streak to neurulation stage, to explore cell state diversity and heterogeneity. We characterise the dynamics of gene modules, allowing us to model the order of molecular events which take place as ectodermal fates segregate. Furthermore, we find that genes previously classified as neural plate border ‘specifiers’ typically exhibit dynamic expression patterns and are enriched in either neural, neural crest or placodal fates, revealing that the neural plate border should be seen as a heterogeneous ectodermal territory and not a discrete transitional transcriptional state. Analysis of neural, neural crest and placodal markers reveals that individual NPB cells co-express competing transcriptional programmes suggesting that their ultimate identify is not yet fixed. This population of ‘border located undecided progenitors’(BLUPs) gradually diminishes as cell fate decisions take place. Considering our findings, we propose a probabilistic model for cell fate choice at the neural plate border. Our data suggest that the probability of a progenitor’s daughters to contribute to a given ectodermal derivative is related to the balance of competing transcriptional programmes, which in turn are regulated by the spatiotemporal position of a progenitor.
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