大家好，今天跟大家分享一篇题为 Single-nucleu smulti-omic profiling ofhuman placent alsyncy tiotrop hoblas tsiden tifiesce llulartraje ctories during pregnancy（妊娠期人胎盘合胞体滋养层细胞的单核基因组学分析鉴定了细胞喷射物）人类的胎盘在确保成功怀孕方面起着至关重要的作用。尽管对其细胞组成和功能的知识越来越多，但对合胞滋养层（STB）内数十亿个核的异质性的研究有限，STB是一种主要负责胎盘功能的多核实体。
01
研究背景
人类胎盘在确保成功怀孕方面起着至关重要的作用。尽管关于其细胞组成和功能的知识不断丰富，但对合体滋养层 （STB） 内数十亿个细胞核的异质性的研究有限，STB 是一种主要负责胎盘功能的多核实体。
在这里，我们对妊娠早期和晚期的人胎盘进行了综合单核 RNA 测序和单核 ATAC 测序分析。我们的研究结果证明了 STB 细胞核的动态异质性和发育轨迹以及它们与人类滋养层干细胞 （hTSC） 衍生的 STB 的对应关系。
此外，我们通过其基因调控网络鉴定了与不同 STB 核谱系相关的转录因子，并通过实验证实了它们在 hTSC 和滋养层类器官衍生的 STB 中的功能。总之，我们的数据提供了对人类 STB 异质性的见解，并为解释相关的妊娠并发症提供了宝贵的资源。
见图一
妊娠早期和晚期人类胎盘的单核转录组学和染色质可及性分析。
图一
a，本研究中使用的样品示意图、核分离、测序实验、下游生物信息学分析和实验验证。
b， snRNA-seq 细胞核的 UMAP 包埋，其中点对应于单个细胞核。
c，基于 UMAP 嵌入的阶段信息和标记基因表达项目的 snRNA-seq 簇的注释。相对表达水平以颜色强度表示。基因表达原始计数按深度归一化，对数和 z 评分进行缩放，最后通过插补进行平滑处理。
d，散点图显示妊娠早期和晚期 STB 核中的 DEGs。DEGs 用 Wilcoxon 检验鉴定 （P调整≤ 0.01，对数2（FC） ≥ 0.25）。突出显示并标记前 20 个基因。
e. 妊娠早期和晚期 STB 核的 GO 富集。GO 富集分析通过单侧 Fisher 精确检验进行检验，默认 P < 0.1。
f. snATAC-seq 核的 UMAP 嵌入，其中点对应于单个核。缩写规则如 b 所示。
g，snATAC-seq 基因组轨迹沿表示每个簇的标记基因的染色质可及性峰。灰色框突出显示了与标记基因相关的特定可访问区域。
h，TFs 叠加在 TF 基因、FOSL2、SREBF1、STAT5A 和 TWIST 的 snATAC-seq UMAP （TF 活性评分（上）和基因活性评分 （中））和 snRNA-seq （基因表达水平（下））上。TF 活性、基因活性和相对表达水平以颜色强度表示。
i. 来自 snRNA-seq 数据和 snATAC-seq 数据的 STB 核的集成 UAMP 图。缩写规则如 b 所示。妊娠早期 eSTB 未整合、未整合的 snRNA-seq 数据和来自 eSTB 细胞核的 snATAC 数据集;妊娠晚期来自 eSTB 细胞核的 lSTB 未整合、未整合的 snRNA-seq 数据和 snATAC 数据集。
见图二
妊娠早期 CTB 和 STB 核的异质性。
图二
a，UMAP 显示妊娠早期用 snRNA-seq 分析的 CTB 和 STB 核。右上 UMAP 表示 STB 核亚簇的代表性标记基因的表达模式。表达水平以颜色强度表示。
b，UMAP 显示妊娠早期用 snATAC-seq 分析的 CTB 和 STB 核。右上 UMAP 表示 STB 核亚簇的代表性标记基因的基因活性评分。活动分数以颜色强度表示。
c，指示标记基因 （PAPPA、FLT1 和 hCG） 的 smFISH 染色表征了妊娠早期 eSTB 成熟 1 和 eSTB 成熟 2。eSTB 成熟 1 和 eSTB 成熟 2 比例的统计分析（中）。数据显示为平均值± s.d。未配对的双尾 t 检验。n = 6 个供体。示意图表示 eSTB 混合物、eSTB 成熟 1 和 eSTB 成熟 2 在早期胎盘 STB 中的分布（右）。
d，用 snRNA-seq 分析的 CTB 和 STB 核的伪时间排序揭示了两条不同的轨迹（上图）。区分时间以颜色强度表示。显示了按分化状态对每个聚类进行定量分类（下图）。
e，snATAC-seq UMAP 上的差异轨迹可视化（上）和 snATAC-seq 上 STB 分化轨迹的伪时间排序（下）。区分时间以颜色强度表示。此轨迹由监督算法 （Method） 推断。
f，GO 富集揭示了 STB 核功能。两个轨迹的三个 DEG 组用于 GO 富集测试。的 −log10 富集的 P 值以颜色强度表示。GO 富集分析通过单侧 Fisher 精确检验进行检验，并调整 P 值以与 Benjamini-Hochberg 方法进行多重比较。**P调整< 0.01;P调整< 0.001。
g，函数网络可视化 GO 富集结果。节点代表 GO 术语和 DEG，而边代表基因在 GO 术语中的成员身份。节点颜色，DEG 的 log（FC）;edge width，富集测试 P 调整值的意义。
见图三
妊娠早期 CTB 和 STB 的核类型特异性顺式调节结构。
图三
a，UMAP 显示妊娠早期 snRNA-seq 和 snATAC-seq 整合的 CTB 和 STB 核。
b，热图显示怀孕早期 23,746 个 DAR 的伪时间排序（左）。放大的基因组轨迹显示了代表性基因的顺式元件可及性。DAR 的标准化可访问性以颜色强度表示。
c，TF 挖掘热图显示每种核心类型的候选主 TF。NES 和表达式 z 分数分别以点颜色和点大小表示。带有粗体边缘的点显示用于网络构建的选定 TF。
d，具有三层 （TF、顺式元件和靶基因） 的调控网络代表涵盖整个 STB 分化过程的顺式调控架构。基因百分比、峰值可达性和基因表达分数分别用圆圈大小、边缘宽度和颜色强度表示。
e、smFISH 染色（左）和荧光强度（右）显示 eSTB 成熟 1 和 eSTB 成熟 2 的 TF（STAT5A 和 FOSL2）和代表性基因（PAPPA 和 FLT1）的共定位。hCG，STB 标志物。白色虚线表示 CTB 的轮廓。白线表示荧光强度的绘制轨迹。
f，UMAP 显示妊娠早期 STB-CT30、STB-BL 和胎盘绒毛的 snRNA-seq 整合分析 CTB 和 STB 核。
g， 热图显示妊娠早期 STB-BL 、 STB-CT30 和胎盘绒毛中标记基因的表达。表达水平以颜色强度表示。在两个标记基因 PAPPA 和 FLT1 的热图旁边计算和可视化二值基因表达水平（阳性或阴性）。
h，伪时间排序显示了 CTB 和 STB 核的三个差分轨迹（左上）。区分时间以颜色强度表示。显示了集成 UMAP 上每个聚类（右上）和聚类 9 和聚类 7 的特定伪时间（下图）。
i， 热图显示了妊娠早期体外滋养层模型和体内胎盘绒毛中标记基因、主 TFs 和代表性激素的不同表达模式。z 分数以颜色强度表示。具有相似表达模式的基因示例以黑色粗体突出显示，具有不同模式的基因示例以红色突出显示。
见图四
与妊娠早期胎盘绒毛相比，hTSC 和胎盘类器官的相似性特征。
图四
a，示意图说明了用于 STAT5A 和 MITF 过表达的慢病毒载体。
b，明场图像显示 hTSCs-BL-STAT5A原厂和 STB-BL-STAT5A原厂.比例尺：100 μm。
c，STB-BL 中 STAT5A 和靶基因表达的 RT-qPCR 分析，具有 DOX 诱导的 STAT5A 过表达。数据通过多个未配对的双尾 t 检验显示为平均值± s.d. P 值。n = 3 个独立实验。c 和 e 中的虚线表示基线 1。
d，明场图像显示 hTSCs-BL-MITF原厂和 STB-BL-MITF原厂.比例尺：100 μm。
e，STB-BL 中 MITF 和靶基因表达的 RT-qPCR 分析，具有 DOX 诱导的 MITF 过表达。数据通过多个未配对的双尾 t 检验显示为均值± s.d. P 值。n = 3 个独立实验。
f，两个 STB 成熟的 2 特异性 TF 调节因子 CEBPB 和 FOSL2 的两个靶基因附近的 eGRN 增强子基因调控事件的验证和可视化。计算基因组轨迹并将其与 CEBPB 和 FOSL2 CUT&Tag、CEBPB ChIP-seq 数据集进行比较，这些数据集是用 STB-BL 和 hTSC-BL 细胞系制备的。IgG mock 用于阴性对照。监管事件使用以下标准突出显示：eGRN 靶基因区域（增强子）应与 STB-BL CUT&Tag 峰和/或 ChIP-seq 峰重叠，但在 hTSC-BL 中耗尽。
g，滋养层类器官衍生的示意图。在第 0 天 （D0） 将 hTSC-BL 转移到基质胶液滴中，并维持在滋养层类器官培养基中以在第 6 天 （D6） 进行分析。
h，来自 hTSCs-BL 的滋养层类器官中滋养层标志物 （CDH1 和 hCG） 的明场和免疫荧光分析，具有 DOX 诱导的 MITF 过表达。比例尺：明场图像为 250 μm，免疫荧光图像为 20 μm。
i，ELISA 分析源自 hTSCs-BL 的滋养层类器官中 CSH2 表达与 DOX 诱导的 MITF 过表达。数据通过未配对的双尾 t 检验显示为平均值± s.d. P 值。n = 3 个独立实验。CDS，编码序列;hPGK，人磷酸甘油酸激酶 1 启动子;P2A：猪 teschovirus-1 2A 肽;Puro，嘌呤霉素;TRE3GS、TRE3GS 诱导型启动子;Tet-on 3G，Tet-on 3G 反式激活因子蛋白;WPRE，土拨鼠肝炎病毒的转录后调节元件;OE，过表达。
见图五
在妊娠晚期，lSTB 成熟 1 在 STB 核亚簇中占主导地位。
图五
a，UMAP 显示妊娠晚期用 snRNA-seq 分析 CTB 和 STB 核。底部 UMAP 表示妊娠晚期 STB 核亚簇代表性标记基因的表达模式。表达水平以颜色强度表示。基因表达原始计数按深度归一化，对数和 z 评分进行缩放，最后通过插补进行平滑处理。
b，UMAP 显示妊娠晚期用 snATAC-seq 分析的 CTB 和 STB 核。底部 UMAP 表示妊娠晚期 STB 核亚簇代表性标记基因的基因活性评分。活动分数以颜色强度表示。
c，用 snRNA-seq 分析的 lSTB 细胞核的伪时间排序显示了单片眼镜 2 DDRTree 算法在妊娠晚期的分化轨迹。区分时间以颜色强度表示。每个星系簇的原子核在上面对齐，并按伪时间值排序。
d，轨迹热图显示了 16 个典型的新标记基因（行），沿伪时间顺序（列）动态表达。伪时间以颜色强度表示。
e，函数网络可视化 GO 富集结果。节点代表 GO 术语和 DEG，而边代表基因在 GO 术语中的成员身份。节点颜色，DEG 的 log（FC）;edge width，富集测试 P 调整值的意义。GO 富集分析通过单侧 Fisher 精确检验进行检验，并调整 P 值以与 BH 方法进行多重比较。
f，指示标记基因 （PAPPA、FLT1 和 hCG） 的 smFISH 染色表征了妊娠晚期 lSTB 成熟 1 和 lSTB 成熟 2 的特征（左图）。lSTB 成熟 1 和 lSTB 成熟 2 比例的统计分析（中）。通过未配对的双尾 t 检验，数据显示为均值 ± s.d. P 值。n = 6 个供体。示意图表示 lSTB 成熟 1-a、lSTB 成熟 1-b 和 lSTB 成熟 2 在胎盘晚期 STB 中的分布（右）。
g，UMAP 显示了在 python 包“GLUE”集成后用 snRNA-seq 和 snATAC-seq 分析的 lCTB 和 lSTB 细胞核（方法）。
h，热图显示了使用 FigR 包整合 snRNA-seq 和 snATAC-seq 数据所引发的 TF 靶标调节模块的活性。基因分别在行和列中表示靶基因和候选 TF 调节因子。
i，妊娠晚期 lSTB 成熟 1-a 和 lSTB 成熟 1-b 模块组合的 TF 调节网络构建。调节染色质结构域 （DORC） 可及性和表达水平分别用圆圈大小和颜色强度表示。该网络是用不同的方法为晚期怀孕建立的。
02
研究结论
总之，我们提出了妊娠期间 STB 核异质性的全面特征（参见补充图 1 中的总结模型）。我们生成的数据不仅增强了我们对控制 STB 核身份动态发展的调节机制的理解，而且还为未来的研究建立了一个有价值的框架，旨在解释与人类胎盘发育和疾病相关的关键分子的作用。
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