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斑马鱼晶状体发育的单细胞转录组学及潜在晶状体发育调控因子的鉴定。

Single cell transcriptomics of the developing zebrafish lens and identification of putative controllers of lens development.

机构信息

Institute of Neuroscience, University of Oregon, Eugene, OR, USA.

Department of Biology and Toxicology, Ashland University, Ashland, OH, USA.

出版信息

Exp Eye Res. 2021 May;206:108535. doi: 10.1016/j.exer.2021.108535. Epub 2021 Mar 9.

Abstract

The vertebrate lens is a valuable model system for investigating the gene expression changes that coordinate tissue differentiation due to its inclusion of two spatially separated cell types, the outer epithelial cells and the deeper denucleated fiber cells that they support. Zebrafish are a useful model system for studying lens development given the organ's rapid development in the first several days of life in an accessible, transparent embryo. While we have strong foundational knowledge of the diverse lens crystallin proteins and the basic gene regulatory networks controlling lens development, no study has detailed gene expression in a vertebrate lens at single cell resolution. Here we report an atlas of lens gene expression in zebrafish embryos and larvae at single cell resolution through five days of development, identifying a number of novel putative regulators of lens development. Our data address open questions about the temperospatial expression of α-crystallins during lens development that will support future studies of their function and provide the first detailed view of β- and γ-crystallin expression in and outside the lens. We describe divergent expression in transcription factor genes that occur as paralog pairs in the zebrafish. Finally, we examine the expression dynamics of cytoskeletal, membrane associated, RNA-binding, and transcription factor genes, identifying a number of novel patterns. Overall these data provide a foundation for identifying and characterizing lens developmental regulatory mechanisms and revealing targets for future functional studies with potential therapeutic impact.

摘要

脊椎动物晶状体是一个有价值的模型系统,可用于研究由于其包含两种空间分离的细胞类型(外层上皮细胞和它们支持的深层去核纤维细胞)而协调组织分化的基因表达变化。由于其在透明胚胎中的生命最初几天内快速发育,因此斑马鱼是研究晶状体发育的有用模型系统。虽然我们对不同的晶状体晶状蛋白和控制晶状体发育的基本基因调控网络有很强的基础知识,但没有研究详细描述过在单细胞分辨率下的脊椎动物晶状体中的基因表达。在这里,我们通过对发育 5 天的斑马鱼胚胎和幼虫进行单细胞分辨率的研究,报告了晶状体基因表达图谱,鉴定了一些新的潜在的晶状体发育调节剂。我们的数据解决了关于α-晶状体蛋白在晶状体发育过程中的时空表达的开放性问题,这将支持对其功能的未来研究,并提供β-和γ-晶状体蛋白在晶状体内外表达的第一个详细视图。我们描述了在转录因子基因中发生的相似表达,这些基因在斑马鱼中是作为同源基因对出现的。最后,我们检查了细胞骨架、膜相关、RNA 结合和转录因子基因的表达动态,确定了许多新的模式。总的来说,这些数据为鉴定和描述晶状体发育调控机制提供了基础,并揭示了未来具有潜在治疗影响的功能研究的靶点。

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