NCB | 单细胞测序勾画心肌和的咽肌前体的分化轨迹及调控机制

来源：BioArt

在脊椎动物中，心肌和头部鳃节肌（branchiomeric head muscles） 起源于位于咽中胚层（pharyngeal mesoderm）中的多能前体细胞群 （multipotent progenitors）。但是多能前体细胞分化为心肌和头部肌肉的转录调控机制仍然不十分清楚。

2019年6月4日，纽约大学Lionel Christiaen团队与Rahul Satija团队（共同一作为博士后王玮和硕士生牛翔）合作在Nature Cell Biology杂志上发表文章A single-cell transcriptional roadmap for cardiopharyngeal fate diversification。在这一研究中，研究人员使用了单细胞测序技术，在海鞘这一相对简单的脊索模式生物中，分别构建了心肌（first and second heart lineages）和咽肌（pharyngeal muscle）前体的分化轨迹（developmental trajectories)，并进一步揭示了调控这一分化过程的转录调控机制。

研究人员揭示了FGF-MAPK信号通路对于前体细胞保有多潜能性以及促进其分化为咽肌前体的重要作用。与此同时，还发现FGF-MAPK信号通路在心肌细胞前体（first and second heart precursors)中的终止，是激活心肌编码基因的必要前提。研究人员还发现 Tbx1/10-Dach 调控单元（ regulatory module) 通过抑制first heart lineage 特异性基因的表达，促使心肌前体进一步分化为second heart lineage。最后研究人员通过跨物种（海鞘与小鼠，Ciona vs Mouse) 比较分析，揭示了在脊索动物门中（包括脊椎动物小鼠和尾索动物海鞘）， 心肌和头部肌肉的起源和分化机制在进化上具有相当程度的保守性，并指出在海鞘中发现的调控机制具有普遍的指导意义。

该研究的亮点和重要性主要有：

1. 了解心肌和头部肌肉的起源和分化机制，对于充分理解先天性心脏发育缺陷，譬如22q11.2缺失综合征（22q11.2 deletion syndrome）的发病机制具有重要意义。但由于哺乳动物胚胎发育的复杂性，使得明确相关的转录调控机制十分困难。在这一研究中，研究人员结合了单细胞测序技术和相对简单的模式生物-海鞘，充分阐明了心肌和头部肌肉分化的转录调控机制，并证明了相关机制在进化上的保守性；

2. 研究人员利用单细胞测序数据构建了心肌（first and second heart lineages）和咽肌（pharyngeal muscle）前体的分化轨迹 （developmental trajectories)，从而能够研究整个转录组在心肌和头部肌肉前体分化过程中的动态变化，并鉴定了相关转录调控因子；

3. 阐述了FGF-MAPK信号通路在心肌和头部肌肉前体分化中的决定性作用；

4. 首次阐述了Tbx1/10-Dach 转录调控单元对于first and second heart precursors 进一步分化的调控；

5. 建立了first and second heart lineages 前体细胞和在functional beating heart 中成熟功能性细胞之间的发育联系；

6. 研究人员提供了线上工具https://christiaenlab.shinyapps.io/tvc-lineage/  供其他研究人员挖掘感兴趣的信息。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41556-019-0336-z