文献阅读笔记

单核RNA测序揭示Duchenne肌营养不良症的退行性和再生性途径

题目 Degenerative and regenerative pathways underlying Duchenne muscular dystrophy revealed bysingle-nucleus RNA sequencing
杂志 Proc Natl Acad Sci USA
链接 https://doi.org/10.1073/pnas.2018391117

研究意义
Duchenne肌营养不良症(DMD)是一种由于缺乏维持肌膜完整性的肌营养不良蛋白而引起的疾病。我们建立了一个新的缺乏外显子51的DMD小鼠模型，然后使用单核RNA测序来揭示营养不良肌肉中单个肌纤维核与正常肌肉相比的转录多样性。我们的发现揭示了导致肌肉退化和再生的疾病相关途径，并揭示了与营养不良肌肉相关的未被识别的再生肌核群体。

研究结果
1. DMD外显子51缺失的小鼠模型的建立

利用CRISPR-CAS9技术生成了DMD基因外显子51缺失的小鼠(ΔEx51)。并利用RT-PCR、WB、H&E染色等检测ΔEx51小鼠模型。利用热图分析WT和ΔEx51小鼠中胫骨前肌中差异表达基因z-Score的表达情况。选择GO富集分析的显著上调和下调的5个基因调控通路。利用RNA测序（RNA-seq）和转录组学分析基因表达失调。

2. snRNA-seq揭示了正常和营养不良骨骼肌内肌的异质性

对从ΔEx51的TA肌肉和WT小鼠分离的细胞核进行了snRNA-seq，确定了4，748个标记基因。利用UMAP可视化转录组学分析，转录特征鉴定了14个不同的细胞核簇。根据已知细胞标记基因的表达和每个细胞核簇标记基因的GO分析来分配每个簇的身份。

3. 通过snRNA-seq分析非肌肉核和.ΔEx51肌肉中核丰度的变化

4. snRNA-seq分析揭示了DMD肌肉中的退行性途径

利用GO分析对对每个肌核簇的ΔEx51上调基因，确定导致ΔEx51肌肉中肌核细胞数量下降的肌纤维退行性途径。（图3B）。snRNA-seq检测每个肌核簇内泛素化途径不同基因的表达（图3C）。我们观察到ΔEx51中Foxo3的显着上调，并激活体内骨骼肌中蛋白质分解的泛素-蛋白酶体系统。

5. DMD肌肉再生肌核群的遗传决定因素

根据其簇标记每个原子核，Monocle拟时分析轨迹显示从MuSC到Myob和RegMyon的进程（图4C）。确定了583个基因绘制热图。该热图同时显示了两个谱系中基因表达拟时分析轨迹的变化（图4D）。为了探索决定RegMyon的关键基因，我们分析了伪时间热图顶部簇中的RegMyon标记基因。结果：
1）编码参与细胞骨架组织调节的蛋白质的基因:Dclk1，Ncam1和Baiap2l1
2）编码转录因子的基因：Runx1，Jdp2和Mef2a（图4E）。

研究方法

1.实验方法：
WB、RT-PCR、HE染色、心脏CK检测、握力检测、心脏超声等

2.普通生信分析：
热图分析、GO富集分析、RNA-seq、转录组学分析、R包数据处理、聚类、降维和差异表达分析、Metascape进行通路分析、转录因子分析

3.高级生信分析：
snRNA-seq、UMAP图、Monocle拟时分析