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单细胞水平解析涡虫TSPAN1+成体多能干细胞调控机制

批准号:
32070828
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
曾安
学科分类:
组织器官稳态维持与再生修复
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
曾安

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
涡虫无限再生能力依赖于其体内具有分化成三胚层所有细胞类型的成体多能干细胞。我们前期工作鉴定并分离了这个细胞类群,并明确了其分子标记为TSPAN1。但是TSPAN-1+细胞的内外调控机制并不明确。通过细胞共定位实验,我们发现TSPAN-1+干细胞富集在涡虫肠道周围。单细胞数据挖掘结合RNA干扰筛选揭示肠道Itga1+细胞类群对TSPAN-1+干细胞的维持是必需的。Itga1或TSPAN-1的敲低导致干细胞转录因子ZNF764的下调;而ZNF764对涡虫干细胞的维持及组织再生是必需的。基于前期研究,我们提出科学假说:Itga1+肠道细胞是TSPAN-1+细胞的巢细胞,通过分泌生长因子进而稳定ZNF764的表达,在转录水平促进干细胞多能性,维持涡虫再生能力。本课题研究涡虫TSPAN1+成体多能干细胞的调控机制及其对再生的影响,将在单细胞水平上揭示成体多能干细胞的命运调控机制及其与再生的关系。
英文摘要
The infinite regeneration capacity of planarians relies on the existence of pluripotent stem cells, which has the ability to differentiate into all cell types from three germ-layers. Our previous work identified and isolated this cell population and defined its molecular marker as TSPAN1. However, the regulatory mechanism of TSPAN-1+ pluripotent stem cells is not clear. Co-localization analysis suggests that TSPAN-1+ stem cells were concentrated around the intestinal tract of planaria. Single-cell data mining combined with RNA interference screen revealed that the intestinal Itga1+ cell group is necessary for the maintenance of TSPAN-1+ stem cells. Knockdown of Itga1 or TSPAN-1 leads to the down-regulation of stem cell transcription factor ZNF764; ZNF764 is necessary for the maintenance of planarian stem cells and tissue regeneration. Based on previous studies, we propose a hypothesis: Itga1+ intestinal cells are niche cells for TSPAN-1+ cells, which stabilizes the expression of ZNF764 through secreting growth factors, and promotes the pluripotency of stem cells at the transcription level, and thus maintains the regenerative capability of planarians. This project studies the mechanism underlying TSPAN-1+ stem cell regulation, and its role in regeneration processes, which will reveal the mechanism of fate determination of adult pluripotent stem cells and its regulation during regeneration.
涡虫无限再生能力依赖于其体内具有分化成三胚层所有细胞类型的成体多能干细胞。我们前期工作鉴定并分离了这个细胞类群,并明确了其分子标记为TSPAN1。但是TSPAN-1+细胞的内外调控机制并不明确。本研究通过整合单细胞测序与空间分辨的高分辨率转录组学技术,深入探索了涡虫成体多能干细胞在损伤后的响应规律及其时空调控机制。我们构建了涡虫个体再生的单细胞时空图谱,系统解析了多能干细胞对损伤的适应性反应、信号转导路径及空间动力学变化,并揭示了再生过程中多细胞谱系的轨迹演变。研究发现,在涡虫再生过程中存在两种具有不同分化命运偏好和空间分布模式的时空响应型多能干细胞状态:早期响应型erNb2和晚期响应型lrNb2。其中,erNb2主要出现在损伤后1.5天(1.5 dpa),倾向于分化为表皮和肌肉谱系细胞,以促进损伤部位的组织愈合与修复;而lrNb2则在3天后(3 dpa)显著增加,能够分化为多种谱系的细胞类型,驱动组织器官的全面重构。这两种多能干细胞状态在时间和空间上协同作用,生成特定阶段所需的细胞类群,从而实现涡虫的全身再生。此外,我们鉴定了一群高分泌功能且表达多种神经肽的picalm+神经亚群,其空间分布和表达模式随再生进程呈现动态变化。通过RNA干扰(RNAi)等分子生物学实验,我们证实这些神经分泌细胞在涡虫再生中发挥关键调控作用。进一步研究表明,NPF家族神经肽NPY6在损伤诱导的神经分泌细胞中合成并分泌,通过与多能干细胞膜受体NPFFR2结合,激活JNK级联信号通路,调控多能干细胞的状态转化及其谱系分化。功能实验验证了NPY6在再生过程中的重要作用,揭示了其作为神经-干细胞通讯核心分子的功能。综上所述,本研究不仅重构了涡虫个体再生的时空图谱,还揭示了神经分泌细胞通过调控干细胞分化命运,从而在时空上协调再生过程的新机制。这些发现深化了对成体多能干细胞内在和外在调控机制的理解,为受损组织修复与再生医学提供了重要的理论基础和潜在治疗策略。
PIWI蛋白调控涡虫再生记忆的分子机制研究
跨物种比较揭示中枢神经系统损伤后再生的细胞及分子学机制
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