文献学习041--[sc]小鼠20器官单细胞图谱数据库Tabula Muris

2018年10月5日,来自美国斯坦福大学、陈-扎克伯格生物中心(Chan Zuckerberg Biohub),弗吉尼亚州帕洛阿尔托医疗保健系统和加州大学的一个庞大的研究团队组建了一个名为Tabula Muris (Mouse Atlas)的小鼠细胞信息的开源数据库。在他们发表在Nature期刊上的标题为“Single-cell transcriptomics of 20 mouse organs creates a Tabula Muris”的论文中,该团队描述了如何获得这种数据库中的信息以及如何使用它。

这篇文章中,作者对3月大(10-15w)的3只雌性和4只雄性C57BL/6JN小鼠的20个器官进行了单细胞测序,得到了100605个细胞(Fig 1A:)。
考虑到任何一种单细胞测序方法只能提供关于生物体内细胞类型多样性和每个细胞类型内基因表达的部分观点,该研究采用了两种单细胞测序策略:基于微流控液滴的3'测序(得到更多的细胞)和基于流式分选的全场转录组测序(更高敏感度和全面的得到细胞类型)

1. Defining organ-specific cell types
Extended Data Fig. 1 | The number and type of FACS cells that compose each organ.
Extended Data Fig. 2 | The number and type of microfluidic cells that compose each organ

本研究丰富了在一些器官和组织中新的细胞类型的特征基因表达谱,比如成年胰腺中Neurog3、Hhex和Prss53基因,下肢肌肉中Chodl基因等等可能具有新的作用。

2. Methodological comparison

FACS方法得到44949个细胞,微流控测的55656个细胞。

Fig 1

FACS方法平均测得814,488 reads per cell,微流控方法平均测得7709 UMI per cell。(两个方法测到的基因数都是非常多的)

Extended Data Fig. 3 | The number of reads, UMIs and genes detected per cell for each organ

此外,两种方法得到的细胞,都是内皮和白细胞最多。

Extended Data Fig. 4 | Graphical representation of cell ontology class representation.

为了了解本研究采用的FACS法和微流体法两种方法的技术偏差以及对试验的影响,作者纳入了第三种方法microwell测序,并将三者进行比较,结果发现在不同的器官中采用不同方法检测到每个细胞的基因数存在差异。在膀胱、肝脏、肺、乳腺、气管、舌头和脾脏中,FACS法检测到的每个细胞的基因数量几乎是微流体法的两倍,而在心脏和骨髓中数量几乎相当(a)。这种差异可能与测序深度无关,因为FACS和微流体液滴库都接近饱和(b)。

Extended Data Fig. 5 | Methodological comparison of detected genes and library saturation.

通过分析脾脏和肾脏两个未进行标记分选的器官,可以比较不同方法间不同细胞类型的数量和相对丰度。结果发现,两种方法捕获的细胞类型各占比相等(Pearson相关系数分别为脾:0.99;肾脏:0.99)。尽管如此,微液滴法还是识别了两个器官中FACS法遗漏的细胞类型,譬如肾系膜细胞,脾树突细胞和自然杀伤细胞,这可能与是细胞丰度和采样深度有关,也可能是由于不同方法之间的细胞捕获和裂解偏差。由于FACS法捕获的细胞更少,但每个细胞鉴定到的分子比微流体法多,本研究试图探究这两种方法在33个共享细胞群的大基因表达谱上是否一致。结果发现,这些基因表达谱之间相关性较高(Pearson相关系数:0.74-0.90),这表明尽管方法之间存在偏差,但两者都准确地概括了平均细胞类型基因表达谱。

3. Global clustering across organs

对所有细胞进行聚类,得到54个cluster,注释得到25个细胞群。

和预期的一致,不同组织的器官常常混合在一起。54个cluster中有25个包含了不同器官的至少五个细胞。比如cluster 3和48都包含了超过五种器官的内皮细胞,cluster 1和24包含了至少4个器官的基质和间质细胞。cluster 2包含了来自脂肪,骨骼肌,肺,脾脏,骨髓和肝脏的b细胞,以及胸腺,心脏和骨骼肌的白细胞和淋巴细胞。这提示细胞类型对被检测到基因表达的影响强于样品处理或解离方案的差异。

This suggests that the effect of cell type on measured gene expression is stronger than the effect of batch or dissociation protocol.

Fig. 3 | Comparison of cell-type determination.

随后作者以T细胞为演示,做了进一步的分析。
聚类得到5个cluster,根据marker基因做了一下注释。cluster 0包含那些经历VDJ重排的胸腺细胞,而cluster 2包含那些表达IL2受体的非胸腺T细胞,表明它们被激活。

Fig. 4 | Analysis of all sorted T cells.
4. Global transcription factor analysis

定义细胞类型的一个主要目标是去理解细胞间的潜在调节网络。
Fig 5A:作者使用了数据中检测到的1016个转录因子,通过对每个细胞群这些转录因子的基因表达矩阵进行相关性聚类,探究了how transcription factors contribute to cell-type identity。
结果和使用所有基因做聚类得到的树状图(Extended Data Fig. 10a)差别不大,提示表明转录因子表达可以大致定义细胞类型。而在用细胞表面标志物或RNA剪接因子来重复此分析时,发现情况并非如此,表明转录因子能够更好地确定细胞类型。
Fig 5B-E:随后作者通过器官之间的共有细胞类型的相关性分析计算了器官特有的转录因子
Fig 5F:为了探究哪种转录因子对注释细胞类型最有帮助,作者通过随机森林模型进行了变量选择,得到同时定义不同脏器所有细胞类型的136个转录因子。
Fig 5G-I:随后作者定义了可以区分某个细胞类型和其他细胞的转录因子集,结果发现,对于某些细胞类型,如肝细胞、卫星细胞和少突胶质细胞,其中某些重编程因子是区分细胞类型的首要变量(2-813)

综上,通过利用小鼠的转录组图谱有助于发现新的细胞类型,发现已知细胞类型中的新的基因表达,以及比较不同器官细胞类型。考虑到3个月大的小鼠与20岁人类有一定相似的生物特征,Tabula Muris数据库也可以当成健康青年器官的参考,可作为当前和未来疾病小鼠模型的基线。



Tabula Muris网站

打开主页首先看到的是简介。随后Code,可以在github进行下载,用于注释单元格,产生论文中所有图形的代码。

在Data下用户点击“figshare”按钮即可进入数据下载页面。

然后是网站的核心功能区:Visualiation
Visualiation功能区,使用无偏聚类和标记基因表达来识别每个器官中的细胞类型,从而详细描述了每只小鼠的细胞多样性。每个器官中每种细胞类型的基因表达都可以使用下面的互动图解显示。




新文章

20年7月份,Tabula Muris背后的科研团队通过对小鼠的17个器官组织在10个不同时间节点进行RNA测序和血浆蛋白质组分析,建立了小鼠衰老细胞图谱,为衰老过程的研究提供了高时空分辨率的基因表达图谱数据库,文章发表在nature上。


对这篇文章数据进行挖掘的文章发在elife上

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
禁止转载,如需转载请通过简信或评论联系作者。
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,839评论 6 482
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,543评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 153,116评论 0 344
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,371评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,384评论 5 374
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,111评论 1 285
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,416评论 3 400
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,053评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,558评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,007评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,117评论 1 334
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,756评论 4 324
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,324评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,315评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,539评论 1 262
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,578评论 2 355
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,877评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容