整合的批量转录组学与单细胞转录组学分析揭示了人类精原干细胞中的线粒体转运蛋白基因表达程序

《Stem Cell Reviews and Reports》：Integrated Bulk and Single-Cell Transcriptomic Analysis Reveals Mitochondrial Transporter Gene Programs in Human Spermatogonial Stem Cells

线粒体转运蛋白基因程序在人类生精干细胞（SSCs）中显著增强，涉及TOM/TIM复合体及ATPase/SLC转运体，并通过多组学整合验证了核心基因（TOMM22、TIMM17A等）及miRNA（hsa-miR-4732-3p等）的调控作用，为干细胞维持和生殖代谢研究提供新靶点。

摘要

线粒体蛋白质的导入和转运系统在维持干细胞的代谢能力和蛋白质稳态方面发挥着重要作用。然而，人类精原干细胞（SSCs）中线粒体转运蛋白复合体（TOM/TIM）及转运基因的转录结构仍不明确。我们采用了一种综合分析方法，结合了对人类SSCs富集细胞群体的批量微阵列分析（每组3个生物学重复样本）和互补的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集。通过差异表达分析（limma；|log?FC| ≥ 2，adj. P < 0.05）、共表达网络构建（WGCNA）、蛋白质-蛋白质相互作用映射（STRING/cytoHubba）以及miRNA-mRNA调控推断，识别出关键的线粒体转运基因节点。使用独立的scRNA-seq数据集验证了这些枢纽基因的表达模式。通过免疫细胞化学检测已建立的SSC标记物，确认了SSCs富集培养物的细胞类型。多组学综合分析显示，与成纤维细胞相比，SSCs中的线粒体转运基因表达显著增强，包括TOMM和TIMM家族成员以及某些ATP酶和SLC转运蛋白的上调。枢纽基因（TOMM22、TIMM17A、ATP6V1A、SLC25A3）具有较高的网络中心性，并在多个scRNA-seq数据集中始终在未分化的SSC簇中富集。miRNA-mRNA相互作用模型鉴定出几种在SSCs中表达的miRNA（如hsa-miR-4732-3p、hsa-miR-6503-3p），这些miRNA可能是线粒体转运网络的潜在转录后调控因子。人类SSCs表现出独特的线粒体转运基因特征，表现为蛋白质导入机制和代谢转运组分的表达增强。这些发现为理解SSCs中的线粒体调控提供了全面的分子框架，并为研究生殖系代谢和干细胞维持机制确立了新的候选靶点。