임신 초기 영양아세포 발달의 공간 다중체학 지도
![[EzV] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/EzV-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
Abstract
인간 태반(태아가 만드는 배아 외부 기관)과 자궁 점막층으로 이루어진 decidua 간의 관계는 임신 기간 동안 태아를 양육하고 보호하는 데 중요합니다. 태반 융모에서 유래한 extravillous trophoblast cells(EVTs)가 decidua에 침투하여 모체 동맥을 고전도 혈관으로 변환합니다. 임신 초기에 확립된 침투 조절 및 동맥 변환의 결함은 임신 중 흔한 합병증인 선천성 고혈압증을 초래합니다.
이 연구에서는 전체적인 인간의 모체-태아 인터페이스 및 자궁 근막을 포함한, spatially resolved multiomics single-cell atlas를 생성하여 trophoblast 분화의 전체적인 궤적을 해결할 수 있게 되었습니다. 이러한 세포 지도를 사용하여 EVT 침투를 조정하는 가능성이 있는 전사 인자(transcription factor)를 추정하고, 이들이 1차 태반 조직 및 trophoblast 줄기세포에서 추정된 EVT 분화의 인공 모델에서 보존되는 것을 보였습니다. 우리는 영양모세포 침입의 최종 세포 상태의 전사체를 다음과 같이 정의합니다: (1) placental bed giant cells(융합된 다핵 EVT)와 endovascular EVT(모성 동맥 내부에서 plug를 형성함). 또한, trophoblast 침입과 placental bed giant cells 형성에 기여하는 세포 간 교신 과정을 예측하고, 임신 초기에 동맥 변환을 매개하는 간질 EVT와 혈관 내 EVT의 이중 역할을 모델링했습니다.
이러한 결과들은 초기 임신 기간의 인간 태반의 실험 모델 디자인에 참고할 수 있는 postimplantation trophoblast 분화의 포괄적인 분석을 제공합니다.
Figure
![[Fig1] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/Fig1-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
[Figure 1] 초기 maternal-fetal interface에서의 trophoblast cell 상태
a. 인간의 임신 중 1st trimester에서의 maternal-fetal interface의 모식도입니다.
b. donor P13(약 8-9 PCW)의 implantation site에 대한 조직학적 표본입니다.
c. donor P13 trophoblast nuclei의 snRNA-seq 결과입니다. cell state에 따라 서로 다르게 클러스터링 및 칠해져 있는 UMAP plot입니다.
d. donor P13 Visium spatial transcriptome 데이터에서, 침입한 trophoblast cell 상태의 공간 위치에 대해 요약하기 위한 조직도입니다.
e. donor P13 snRNA-seq data에서 유전자 발현(y-axis) 및 trophoblast cell 상태(x-asix) 간의 dot plot입니다.
f. donor P13 snRNA-seq data에서 callous cytotrophoblast(y-axis)의 유전자 발현(x-axis)를 나타낸 dot plot입니다.
![[Fig2] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/Fig2-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
[Figure 2] EVT invasion 중 활성화되어 있는 transcription factors에 대해
a. StOrder로 산출한, EVT 분화 궤적을 트리 구조로 만든 그림입니다.
b. donor P13 snRNA-seq data에서 upregulated된 transcription factor gene의 히트맵입니다.
c. donor P13 snRNA-seq data 중 EVT에서 upregulated 된 signalling molecules에 대한 dot plot입니다.
d. trophoblast 상태에 있는 P13 내 trophoblast invasion 중 downregulated된 전사 인자의 히트맵입니다.
![[Fig3] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/Fig3-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
[Figure 3] primary-derived trophoblast organoid 및 TSC로부터 온 EVT 벤치마킹
a. phase-contrast 이미지입니다. (위) PTO (아래) TSC
b. PTO 및 TSC의 UMAP plot으로, scRNA-seq data로부터 만들어졌습니다.
c. in vitro cell state에 기반하여, 각 상태의 세포 비율을 나타낸 bar plot입니다. in vivo data에 대해 학습된 logistic regression classifier를 사용했습니다.
d. PTO(위) 및 TSC(아래)에 대한 gene expression characteristics를 나타낸 dot plot입니다.
e. in vivo trophoblast invasion에서 upregulation되는 것으로 알려진 transcription factors에 대한 히트맵입니다.
f. in vivo trophoblast invasion에서 downregulation되는 것으로 알려진 transcription factors에 대한 히트맵입니다.
![[Fig4] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/Fig4-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
[Figure 4] EVT invasion 과정에서 예측된 ligand-receptor 결합 반응
a. (좌)EVT-1, EVT-2, iEVT(EVT-3)에서 upregulated된 선정된 receptor , (우)ME3에서 존재하는 ligand들을 나타내는 dot plot입니다.
b. placenta-decidua interface의 고해상도 smFISH 그림입니다. HLA-G(EVT) 및 CD14(decidual macrophage), CXCL16 및 그 cognate receptor인 CXCR6까지 보여줍니다.
c. EVT 분화에 대한 실험 디자인을 보이는 모식도입니다.
d. CXCL16에 노출된 EVT subset에서 유의미하게 upregulated된 유전자를 보이는 dot plot입니다.
e. (좌)GC(ME4)에서 upregulated된 receptor 후보, (우)ME4에서 존재하는 ligand들을 나타내는 dot plot입니다.
f. placenta-decidua interface의 고해상도 smFISH 그림입니다. HLA-G, EFNB1의 발현을 보이고 있으며, EVT 내내 EFNB1의 발현이 이어지는 것을 확인할 수 있습니다.
![[Fig5] Spatial multiomics map of trophoblast development in early pregnancy](https://scienceeasyview.com/wp-content/uploads/2023/04/Fig5-Spatial-multiomics-map-of-trophoblast-development-in-early-pregnancy.png)
[Figure 5] Uterine arterial transformation을 조절하는 ligand-receptor 결합 반응
a. (좌) 선정된 receptor 중 iEVT에서 upregulated된 gene expression을, (우) 선정된 ligand 중 ME3에서 존재하는 것들을 나타내는 dot plot입니다.
b. (위) HLA-G 및 MCAM(PV marker), NTRK3 및 그 receptor인 PTPRS로 염색된 decidua의 고해상도 smFISH입니다. (중간, 아래) 빈 화살표는 NTRK3-expressing dNK cell, 채워진 화살표는 PTPRS-expressing EVT를 나타냅니다.
c. (좌) eEVT에서 upregulated된 receptor들입니다. (우) ME5에 존재하는 cell들에서 ligand의 존재 여부를 나타냅니다.
d. donor P13 조직의 대표격으로 선보여지는 Visium spatial transcriptomics data에서 invading trophoblast cell state의 조직도를 나타냅니다.
e. 인간의 임신기 중 1st trimester에서 발생한 Spiral arteries의 모식도입니다. PV-iEVT, endothelial-eEVT, eEVT-eEVT 간의 새로운 관계를 강조했습니다.
Disscussion
이식 후 배아에서 대뇌피질은 모계 동맥을 변형시키기 위해 자궁을 침범하는 영양모세포로 분화됩니다. 불완전한 영양모세포 침윤은 임신 전 임신, 태아 성장 제한, 설명할 수 없는 사산, 태반 절제 및 조산을 포함하는 큰 산과 증후군의 주요 근본 원인은 다음과 같습니다. 연구진들은 태아와 모체 세포가 섞이는 착상 부위의 영양모세포 풍경을 묘사하기 위해 임신 초기 자궁 적출의 기록을 사용했습니다. 우리 연구에서 소개한 인간 이식 부위는 30년 이상 전에 수집되었으며 액체 질소에 저장되어 있습니다. 우리는 새로운 고품질 멀티오믹스와 공간 데이터를 보고하고 임신 첫 3개월 동안의 완전한 영양모세포 침입 궤적을 설명하는 통계 프레임워크(StOrder)를 개발했습니다. 여기에는 모체 동맥과 태반 침대 GC의 내피를 대체하는 eEVT의 편향되지 않은 전사체학 프로파일이 포함되며, 결정체와 근막의 안쪽 3분의 1에 더 깊이 존재합니다. 이들은 완전한 생체 내 트로포블라스트 궤적을 사용하여 체외 트로포블라스트 모델에서 현재의 PTO와 TSC를 벤치마킹하고 EVT 차별화를 충실히 재구성한다는 것을 입증합니다. 우리의 체외 배양에는 말단 eEVT와 심층 침습 GC가 없으며, 이들은 자궁 세포와 모체 혈청의 모체 신호가 그것들을 생성하기 위해 필요하다는 의견을 제시합니다.
우리의 시스템 생물학적 접근법은 EVT와 모체 결정 세포 사이의 잠재적인 상호 작용을 탐구할 수 있게 해주었습니다. 우선, 태반 형성을 위한 결정적인 선천 면역 세포의 중요성에 따라 모체 대식세포와 EVT 사이의 리간드-수용체 상호 작용을 예측합니다. 우리는 제대로 설명되지 않은 대식세포에 대해 더 자세히 알아보는데, 이 과정 중에서 시험관 내 EVT 신호 전달 축 및 EVT 하위 집합에서 운동성 유전자의 upregulation을 설명합니다. 또한, 이들은 임신 초기의 동맥 변환의 잠재적인 분자 및 세포 매개자를 정확히 지적합니다. PV1-AOC3와 iEVT 사이의 상호 작용은 iEVT 트로피즘을 동맥 벽 쪽으로 유도하고 동맥 평활근 매체의 파괴를 매개할 수 있습니다. eEVT에는 플러그를 형성할 수 있는 특정 ECM이 있습니다. 이에 더해 eEVT가 내피 세포에 부착될 수 있도록 하는 특정한 상호작용이 있습니다. 이러한 새로운 상호 작용은 내피 세포와 eEVT 세포 사이의 통신에 대한 우리의 이해를 더합니다. 임신 후기의 결함 있는 동맥 변환의 효과는 잘 설명되어 있고 큰 산과 증후군을 뒷받침합니다. 이들의 연구는 이러한 주요 임신 장애에 대한 이해를 증가시키며, 이 모든 것들은 첫 3개월에 기원을 두고 있습니다. 또한 우리의 영양 세포 분화 로드맵은 이식의 초기 단계를 완전히 재구성하는 개선된 체외 모델을 설계하기 위한 청사진으로 사용될 수 있습니다.