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本文由加拿大西奈山医院 Lunenfeld–Tanenbaum 研究所系统生物学中心的科研人员11月15日在线发表于Nature Cell Biology杂志。原文衔接请点击文章最后的阅读原文。星球号提供原文下载服务！！
受损肠隐窝中的染色质重塑协调冗余的 TGFβ 和
Hippo 信号传导以驱动再生
文章创新点
多组学数据整合
本研究采用单核多组学方法，整合 RNA 测序和染色质可及性分析 (ATAC-seq)，以分析再生过程中的肠隐窝。这种水平的再生肠组织的综合单细胞分辨率分析似乎是独一无二的，在以前的研究中并没有得到普遍解决。
染色质动力学的鉴定
研究表明，复苏干细胞 (revSC) 与肠干细胞 (ISC) 和分化谱系共享染色质可及性。此外，它揭示了隐窝特异性染色质重塑，该重塑集中在 Hippo 和 TGFβ 通路上，这已被证明对再生至关重要。
冗余信号机制的演示
该研究强调了 TGFβ 和 Hippo 信号通路在驱动肠道再生中的补偿作用。虽然单独抑制这些通路会导致轻微缺陷，但同时中断会导致严重的再生失败和死亡，这强调了对它们相互依赖性的新理解。
分化细胞重编程为干细胞
该论文表明，TGFβ 信号可以将分化细胞（包括肠细胞、杯状细胞和潘氏细胞）重编程为 revSC，然后产生能够形成类器官的功能性 ISC。TGFβ 的这种重编程潜力是对组织再生过程中细胞可塑性的一个显著洞察。
再生机制的拟议模型
该研究表明，revSC 已准备好被激活，这得益于损伤诱导的信号和染色质重塑。该研究还开发了一种半监督计算方法 (Combinator)，用于推断来自不同细胞类型的 revSC 的潜在起源。
文章解析
背景肠上皮是一种高度动态的组织，在正常条件下自我更新，由富含亮氨酸重复序列的 G 蛋白偶联受体 5 (Lgr5) 阳性肠干细胞 (ISC) 驱动。上皮损伤可导致隐窝细胞重编程为复兴干细胞 (revSC)，这在再生 Lgr5+ ISC 中起着至关重要的作用。然而，控制这种重编程的机制，特别是染色质动力学和信号网络之间的相互作用，仍然不太清楚。本研究调查了 revSC 介导的肠道再生中涉及的染色质重塑和信号通路，重点关注 TGFβ 和 Hippo 通路的作用。
结果
多组学分析
单核 RNA 测序和 ATAC-seq 揭示了 revSC 染色质可及性与 ISC 和分化谱系重叠。RevSC 相关基因在未受损的上皮中可访问，但在损伤期间通过染色质重塑被激活。
TGFβ 和 Hippo 通路的作用
损伤诱导 TGFβ 信号的瞬时激活，这直接促进功能性 revSC 的出现。
单独干扰 TGFβ 或 Hippo 信号会导致再生的轻微缺陷，但同时抑制会导致严重后果，表明功能冗余和补偿性。
细胞可塑性
TGFβ 信号可以将分化细胞（包括肠细胞、杯状细胞和潘氏细胞）重新编程为 revSC，突出了显著的上皮可塑性。
功能验证
来自 TGFβ 处理的类器官的单个 revSC 被证明可以形成类器官并再生 Lgr5+ 隐窝。
计算分析
该研究引入了一种称为 Combinator 的计算工具来追踪 revSC 的起源，揭示了它们从 ISC 和分化细胞（如杯状细胞和肠细胞）中出现的过程。
技术方法
单核多组学
使用 Seurat 的加权最近邻 (WNN) 分析整合 RNA-seq 和 ATAC-seq，以绘制再生隐窝中的转录和染色质变化。
谱系追踪
使用小鼠类器官中的遗传谱系追踪来追踪再生过程中 revSC 的出现和命运。
TGFβ 治疗实验
将类器官暴露于 TGFβ 以测试其诱导 revSC 的能力并评估其再生能力。
组合器分析
开发了一种新颖的半监督计算工具，用于根据基因表达动态推断 revSC 起源。
该研究强调了染色质重塑在促进损伤期间 revSC 激活的平衡状态方面的重要性。它展示了 TGFβ 和 Hippo 信号通路如何充当冗余系统以确保强大的肠道再生。这一发现强调了上皮可塑性的复杂性以及组织修复中多个信号网络的协同动力学。
局限性
研究的局限性
虽然小鼠模型和类器官提供了有价值的见解，但它们可能无法完全复制人类肠道生物学。尚未广泛探索外部信号因子（例如微生物组和免疫成分）的影响。
时间分辨率
在特定时间点研究了信号和染色质重塑的瞬态性质；更高分辨率的时间分析可以提供更深入的见解。
通路特异性
虽然深入研究了 TGFβ 和 Hippo 通路，但尚未完全剖析与其他通路（如 Wnt 或 Notch）的潜在相互作用。
机制理解
将染色质重塑与特定信号事件联系起来的确切分子机制仍未得到充分探索。
通过阐明肠道再生过程中染色质可及性和信号通路之间的相互作用，本研究为组织修复机制提供了基础理解，为再生医学的治疗应用铺平了道路。
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