欢迎来到雪梨的生信套路~跟进2024研究前沿的小伙伴，应该会注意到表观遗传时钟被着重介绍。点此跳转文献拆解今天我们依然围绕衰老主题拆解，这篇文献发表于本月22日，从器官衰老入手，深入洞察其中衰老标志物的动态变化。不想错过前沿研究，建议速速通读一遍本文！并且，团队公开了单核测序数据分析代码，想要跟着复现前沿分析，可要抓紧了。
生信复现有难题
年底冲刺想进阶分析
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目前单核测序的分析文章还是太少了。我真的需要这么早上车吗？
对于本文的研究对象：卵巢衰老来说，确实已经到了需要更高精度分析的需求阶段。就在今年4月9日，Nature Aging接收了一篇华中科技大学团队投稿的人类卵巢衰老的时空转录组学文章；巧合的是，本篇文献在同一天向Nature Aging投稿。
说回单核多组学分析，目前在PubMed上仅有不到40篇文献，且接近半数为10+ SCI，不乏Science、Nature子刊等期刊。单核多组学可以避免细胞膜损伤、分子特性改变造成的偏倚；凭借相对稳定的分子成分减少数据噪音；能够在细胞和水平上精细解析异质性；在研究表观遗传机制方面，尤其是探究染色质可及性，更具优势。
相应地，单核多组学测序受到技术发展、信息总量等限制，还没有发展到能够大规模复用的程度。目前更为适合难以保持完整细胞的样本来源，如脑组织、骨骼肌等；并需要高效的算法和工具，特别是对跨足学数据进行关联分析时。
不做单核测序也能做多组学
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Molecular and genetic insights into human ovarian aging from single-nuclei multi-omics analyses
单核多组学分析对人类卵巢老化的分子和遗传学洞察
期刊：Nature Aging
IF：17.0
发布时间：2024/11/22
研究背景
全基因组关联研究（GWAS）已经确定了数百个与自然绝经年龄（ANM）相关的遗传位点，其中绝大多数（~94%）位于基因组的非编码区。最近的研究表明。非编码GWAS变体在细胞类型特异性转录调控元件中显著富集。影响调节功能的遗传变异被认为是个体之间细胞特异性基因表达差异和疾病风险的主要决定因素。
要了解卵巢衰老的生物学过程，识别功能性ANM相关的非编码调节变异、它们的靶基因和受其影响的细胞类型至关重要。然而，目前缺乏衰老过程中卵巢细胞类型中活跃的转录调控元件图谱。
故团队提出人类卵巢衰老的单核多组学图谱，揭示了转录组和表观基因组的协调变化，尤其突出了mTOR信号转导在卵巢中的特异性作用。
实验结果
单核多组学老化分析
对来自年轻（n=4；年龄23-29岁）和生殖老年（n=4；49-54岁）供体的相同快速冷冻人卵巢组织进行snRNA-seq和snATAC-seq。所有供体的卵巢组织学均显示正常。
细胞类型组成随年龄增长而改变
衰老标志的协调变化
snRNA-seq数据中，几种细胞类型在衰老过程中发生了显著变化。上皮细胞是唯一在老年卵巢中比例增加的细胞类型，可能反映终生排卵诱导的破裂和修复。
为了研究在衰老过程中在卵巢细胞中观察到的协调转录组变化是否也发生在其他人体组织中，分析了来自八个年龄匹配的人体组织的单细胞 RNA-seq 数据。卵巢细胞表现出中度至强相关性，表明与衰老相关的转录组变化高度协调。相比之下，来自其他组织的细胞仅显示微不足道或较弱的相关性。卵巢细胞中这种独特的高度协调突出了卵巢衰老的独特性质。
为了在细胞水平之外确定卵巢衰老的基本途径，为每条途径分配了一个振幅指数和组织患病率比值。两个值都很高的指标可能对组织老化起重要作用。确定10个患病率至少为0.7的关键通路，发现mTOR信号转导成为卵巢特异性衰老普遍通路，突出它在卵巢衰老中独特而核心的作用。
总之，综合分析揭示了卵巢衰老的独特和加速性质，其特征是高度转录组协调和独特的途径活动变化。值得注意的是，将 mTOR 信号转导确定为卵巢衰老的一个独特因素，为性别特异性长寿反应提供了潜在的见解。
人类卵巢中的细胞衰老
衰老会改变细胞通讯
各种组织中的衰老细胞负荷随着年龄的增长而增加。在几种细胞类型中，CDKN1A+ 细胞随着年龄的增长而显著增加。衰老相关分泌表型 （SASP，点此看解读） 基因的一个子集在大多数 CDKN1A+ 细胞中上调。CDKN1A+ 基质细胞的转录分析显示，缺氧反应和 HIF-1 信号转导基因上调；鉴于老年卵巢的脉管系统减少，结果表明，缺氧可能通过 HIF-1 信号上调驱动人类卵巢细胞衰老。
人类卵巢衰老涉及卵母细胞和体细胞之间细胞通讯的显著变化，可能导致与年龄相关的滤泡功能丧失、组织纤维化和上皮增生。
衰老改变细胞特性转录因子网络
主控因子在很大程度上决定细胞特性。随着年龄增长，细胞特性的丧失与与年龄相关的组织功能障碍有关。除免疫细胞和上皮细胞外，CCAAT/增强子结合蛋白 （C/EBP） 基序活性在大多数细胞类型中显著增加，在该家族中，CEBPD 在细胞类型中高度表达，颗粒细胞、免疫细胞和卵泡细胞在卵巢衰老过程中的表达变化与基序活性变化一致。衰老卵巢中细胞身份广泛丧失。
构建人类卵巢衰老的细胞类型特异性转录因子调控网络，揭示CEBPD 在人类卵巢衰老中的关键作用。CEBPD 靶基因在多种细胞类型的关键衰老过程中富集，包括 mTOR 信号传导、MAPK 信号传导和细胞衰老。
ANM遗传风险的细胞靶标
使用snRNA-seq数据集进行MAGMA分析，纳入来自卵巢上皮癌（OEC）和多囊卵巢综合征（PCOS）的GWAS数据，发现ANM相关变异在几乎所有细胞类型中都显著富集，表明衰老对卵巢的全局影响。ANM相关变体在多种细胞类型中显示出显著富集，结合不同细胞类型的转录组和染色质可及性的协调变化，分析表明所有卵巢细胞类型都有助于卵巢衰老。
提名的 ANM 功能变体和基因
进行后GWAS分析以确定功能调节变异和受影响的靶基因。结果强调了ANM相关变体在主要卵巢细胞类型的DNA损伤反应（DDR）调节中的功能作用。rs3741605-T 可能通过下调关键 DNA 修复调节因子的表达来促进延迟 ANM，从而改善基因组维护。
进一步使用人类干细胞模型进行功能分析，rs3741605-T 等位基因的 HELB 转录活性较低。验证明，晚期 ANM 相关 HELB 调节变体 （rs3741605-T） 导致 HELB 的转录活性降低。
综合分析揭示了 ANM 相关非编码变异对卵巢细胞类型基因表达的全局影响，并提名了功能性调节 ANM 风险变异，这些变异可能使与衰老的经典标志相关的通路（如 mTOR 和基因组维持）所涉及的基因失调。
总之，对年轻和生殖衰老卵巢的单核多组学分析在单细胞分辨率下提供了人类卵巢衰老转录和表观遗传调控景观的全面、高分辨率图谱。该资源揭示了卵巢衰老的独特特征，例如随着年龄的增长，在大多数卵巢体细胞类型中观察到的 mTOR 过度活跃。数据集和分析为潜在的干预措施提供了有价值的见解，表明针对衰老基础生物学的老年保护剂，例如 mTOR 信号传导，可能是延缓女性生殖衰老的有前途的途径。此外，对 ANM 的综合后 GWAS 分析生成了丰富的候选功能变异及其推定靶基因的资源，为遗传性非编码变异在人类卵巢衰老中的作用提供了生物学见解。该综合图谱扩展了对影响 ANM 的遗传变异的理解，并可作为未来影响卵巢衰老的非编码遗传变异功能研究的宝贵资源。最终，这种多组学资源指向了改善女性生殖健康和长寿的潜在治疗靶点。
恭喜你看到这里！ANM相关遗传变异与多组学数据结合，为潜在的调控机制提供了见解，也为进一步确认因果关系提供了空间。下周雪梨还会继续介绍因果关系研究，也即孟德尔随机化相关的高分新文献。敬请期待吧！
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