很多客戶拿到基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)，確定好細(xì)胞類型，揭開了組織異質(zhì)性的面紗之后，接下來就是對感興趣的細(xì)胞類型進(jìn)行深入挖掘，伯豪可為客戶提供符合需求的個性化分析，豐富研究內(nèi)容，為文章錦上添花。今天就給大家介紹其中一種——細(xì)胞通訊分析。

多細(xì)胞生物是由不同類型的細(xì)胞組成開放社會，這個社會中的單個細(xì)胞間必須協(xié)調(diào)它們的行為，為此，細(xì)胞建立通訊聯(lián)絡(luò)是必需的。細(xì)胞通訊是指一個細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，通過化學(xué)信號分子進(jìn)行細(xì)胞間通訊是動物和植物普遍采用的通訊方式。配體 - 受體復(fù)合物介導(dǎo)的細(xì)胞 - 細(xì)胞通訊對協(xié)調(diào)發(fā)育、分化和炎癥等多種生物學(xué)過程具有至關(guān)重要的作用。

復(fù)雜的細(xì)胞外反應(yīng)始于配體與其同源受體的結(jié)合和特定細(xì)胞信號通路的激活，定位這些配體 - 受體相互作用是理解細(xì)胞行為和對鄰近細(xì)胞反應(yīng)的基礎(chǔ)。隨著單細(xì)胞 RNA 測序的日益流行，RNA 測序數(shù)據(jù)量的指數(shù)增長，使得測量多種細(xì)胞類型中配體和受體的表達(dá)，并系統(tǒng)地解碼細(xì)胞間通信網(wǎng)絡(luò)，解釋組織在穩(wěn)態(tài)中的功能及其在疾病中的變化成為可能。

分析原理

利用 CellPhoneDB 軟件分析亞群間的通訊作用。CellPhoneDB 根據(jù)每個亞群中配體和受體的表達(dá)水平，來計算配體 - 受體對在細(xì)胞類型中的特異性富集，分析細(xì)胞類型之間的相互作用，僅考慮在特定簇中超過 10% 的細(xì)胞中表達(dá)的受體和配。具體原理：隨機地將所有細(xì)胞的簇標(biāo)簽置換 1,000 次，計算每個 cluster 的受體和配體平均表達(dá)水平。兩種細(xì)胞類型之間的每種受體  -  配體對會產(chǎn)生一個背景分布。通過計算比實際受體  -  配體對平均值的比例跟背景相比，計算顯著性 P 值。可以根據(jù)不同的分析分別分析每一組樣本內(nèi)的細(xì)胞通訊結(jié)果，從而對不同組之間的細(xì)胞通訊的差異。

CellPhoneDB 簡介

為了研究不同細(xì)胞類型間的細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)如何使生理過程得以進(jìn)行的，英國  Sanger  研究所的  Teichmann  實驗室和  Vento-Tormo?實驗室聯(lián)合開發(fā)了  CellPhoneDB，一個配體、受體及其相互作用的數(shù)據(jù)庫，用于細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)分析。該數(shù)據(jù)庫利用了來自  UniProt、Ensembl、PDB、IUPHAR 等數(shù)據(jù)庫的信息，共存儲了 978 種蛋白質(zhì)：501 種為分泌蛋白，585 種為膜蛋白。這些蛋白質(zhì)參與 1396 種相互作用，其中，有 474 種相互作用涉及分泌蛋白，490 種相互作用僅涉及膜蛋白（圖 1）。與其他數(shù)據(jù)庫相比，CellPhoneDB 的一個主要優(yōu)點是它考慮了配體和受體的結(jié)構(gòu)組成，準(zhǔn)確地描述了異聚復(fù)合物。這一點對于許多細(xì)胞因子等蛋白質(zhì)家族來說尤其重要，因為配體 - 受體相互作用通常涉及多個亞單位，其中受體共享結(jié)構(gòu)亞單位，配體的親和力由受體亞單位的特定組合決定。在儲存在 CellPhoneDB 中的所有蛋白質(zhì)中，466 種是異聚體。

▲圖 1CellPhoneDB  數(shù)據(jù)庫概述

案例分享

Cédric Blanpain 團(tuán)隊今年 8 月在 Nature 上發(fā)表的題目為“Heterotypic cell–cell communication regulates glandular stem cell multipotency（異型細(xì)胞間通訊調(diào)節(jié)腺干細(xì)胞的多能性）”的文章，利用 CellPhoneDB 評估了對照中成人 BCs 和 LCs、胚胎多能祖細(xì)胞以及 LC 消融后鑒定的配體 - 受體相互作用對。表明，在不同條件下存在不同的常見配體 - 受體對。在穩(wěn)態(tài)下，僅在成人 BCs 和 LCs 中發(fā)現(xiàn)的配體 - 受體對被認(rèn)為可調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)中 BCs 和 LCs 之間的通訊（功能研究的配體 - 受體對用粗體表示）。

▲圖 2BCs 和 LCs 之間的通訊

今年 4 月張澤民教授團(tuán)隊在 Cell 發(fā)表研究性論文 Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer，使用 CellPhoneDB 將細(xì)胞通訊運用自如。例如作者發(fā)現(xiàn) CXCL10-CXCR3 這對配體 - 受體顯著富集在 C1QC+ TAMs 中（圖 3），暗示  C1QC+ TAMs 在招募和激活 T 細(xì)胞上的潛在作用（hT08、hT09、hT11、hT15、hT18，是文章識別的不同的 T 細(xì)胞類別，在上述細(xì)胞 - 細(xì)胞通訊網(wǎng)絡(luò)中與 C1QC+ TAMs 存在通訊關(guān)系）。

▲圖 3 配體 - 受體互作

參考文獻(xiàn)

[1] Efremova Mirjana,Vento-Tormo Miquel,Teichmann Sarah A et al. CellPhoneDB: inferring cell-cell communication from combined expression of multi-subunit ligand-receptor complexes.[J] .Nat Protoc, 2020, 15: 1484-1506.

[2] Centonze Alessia,Lin Shuheng,Tika Elisavet et al. Heterotypic cell-cell communication regulates glandular stem cell multipotency.[J] .Nature, 2020, 584: 608-613.

[3] Zhang Lei,Li Ziyi,Skrzypczynska Katarzyna M et al. Single-Cell Analyses Inform Mechanisms of Myeloid-Targeted Therapies in Colon Cancer.[J] .Cell, 2020, 181: 442-459.e29.

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