单细胞测序数据分析揭示MyoD介导成纤维细胞转分化为肌细胞的时序特征

MyoD是骨骼肌细胞谱系特异性表达的转录因子, 对骨骼肌细胞命运决定发挥重要调控作用。在成纤维细胞中异位表达MyoD即可将其转分化为成肌细胞。但是, MyoD介导成纤维细胞转分化为肌细胞的时序调控特征并不十分清楚, 特别是对MyoD如何调控成纤维细胞相关基因表达下调缺乏系统性分析。该研究基于已发表的公共多组学数据集开展生物信息学再分析, 旨在单细胞分辨率下系统解析MyoD介导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblast, MEF)转分化为骨骼肌细胞的时序特征, 揭示转分化过程中细胞命运转变的分子基础。该文整合了MyoD介导MEF细胞转分化不同时间点的单细胞转录组数据(scRNA-seq)、MyoD结合位点的数据(MyoDCUT&RUN)以及染色质开放性的数据(SHARE-seq)。采用Monocle2拟时序分析, 发现了MyoD诱导MEF细胞转分化轨迹呈现3个有序阶段: 早期成肌细胞(Cdh15+/Mef2a+)、肌细胞(Myog+/Actc1+)和终末分化的肌细胞(Myh3+/Ckm+)。其中, 转分化24 h时以早期成肌细胞为主(约60%), 72 h时终末分化的肌细胞占比达60%。对MyoD CUT&RUN与SHARE-seq的数据联合分析表明: MyoD通过直接结合骨骼肌分化基因启动子E-box元件, 开放染色质, 从而激活成肌分化相关基因表达; 而MEF细胞相关基因的沉默与其启动子区染色质可及性降低相关, 但MyoD无法直接靶向结合该类启动子,提示成纤维细胞相关基因表达下调存在E-box非依赖的间接抑制机制。总之, 该研究阐明了MyoD介导MEF转分化经历早期成肌细胞、肌细胞、终末分化肌细胞3个有序阶段, 发现了MyoD可通过不同表观遗传途径激活成肌分化命运或抑制成纤维细胞身份, 揭示了转录因子驱动细胞命运重编程的双重调控机制。

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