Cell Reports | 南京医科大学胡志斌团队绘制心脏发育全周期多组学图谱

发布时间：2023-04-25 11:32:37 I 企业名称：上海爱谱蒂康生物科技有限公司 I 作者：爱谱蒂康

2022年12月27日，南京医科大学生殖国家重点实验室胡志斌教授团队在Cell Reports杂志在线发表了题为“Multi-omics Profiling Visualizes Dynamics of Cardiac Development and Functions”

的研究成果。

哺乳动物的心脏发育是一个多阶段且受到严格调控的复杂过程，受到多种信号分子和通路在不同时间和空间上的共同精确控制，倘若此过程中的基因调控网络受到影响将会导致先天性心脏病的发生。因此，系统阐述心脏发育和成熟中的关键分子并解析相关疾病发生分子机制尤为重要。然而，目前心脏发育的组学研究大多基于基因的转录表达水平，且未有研究通过全生命周期的多组学研究来探讨心脏发育和成熟的关键因子，阻碍了我们系统地理解心脏发育全过程和心脏出生缺陷发病的病因。

为了绘制心脏发育全周期多组学图谱，研究人员基于磷酸化蛋白质组学、蛋白质组学、代谢组学、单细胞转录组学等多种组学手段，描绘了心脏发育和成熟进程中关键通路和调控因子的分子图谱和转换模式。结合磷酸化蛋白质组学和机器学习方法构建磷酸激酶与底物的互作网络，发现MAPKs和AKTs激酶的平衡激活是心肌细胞分化和增殖能力梯度转换的关键开关；

此外研究还利用表观组学ATAC-seq和功能组学TFRE技术系统鉴定了心脏发育早期的核心转录因子，类器官及遗传分析均发现上述核心转录因子及其遗传突变在先天性心脏病的发生中发挥重要作用；最后，作者结合代谢组学和单细胞转录组学数据发现花生四烯酸代谢参与心脏MHC-II+原住型巨噬细胞对凋亡心肌细胞的胞葬作用。

鉴定参与心脏生成的核心TF

为了进一步探索TFs对哺乳动物心脏发生的重要性，作者在E10.5产前小鼠心脏样本中使用测序（ATAC-seq）对转座酶可接近的染色质进行了测定。然后使用足迹分析通过预测转录因子结合位点来说明该阶段的调节器词典，从而构建TF-TF调控网络。然后，计算每个TF的显著性秩值（RS），以显示成为调节心脏生成的主要TF的可能性。

所有TF分为三组：排名I为前200名，排名II为201-400，其余为III级。在确定的前10个TF中，据报道许多TF对于小鼠或胚胎干细胞模型中的心脏生成至关重要。

该研究结合了人和小鼠心脏发育多时点的组学数据阐述了种属之间的心脏发育相似点和差异之处，为深入挖掘心脏发育关键因子、为心脏出生缺陷的病因鉴定提供组学基础。研究进一步结合遗传分析和类器官研究解析关键因子在心脏发育中的作用及机制，验证了基于组学数据的发现具有较强的可靠性。该研究数据均可开源获取，可作为心脏发育和心脏出生缺陷研究领域的丰富数据资源。

论文共同第一作者顾亚云副教授、周彦博士后、鞠思瀚学士、刘小飞博士均来自南京医科大学生殖医学国家重点实验室和公共卫生学院。南京医科大学生殖医学国家重点实验室胡志斌主任为通讯作者。南京医科大学生殖医学国家重点实验室郭雪江教授团队、杨杨教授团队分别对本研究给予了蛋白质组学检测和心脏类器官分化技术支持，国重创新班本科生张子成、郭佳、高继淼、陈琦、王婧涵、许逸群参与了本研究的数据分析和可视化工作。