Unfolding the Mysteries of Oxygen Sensing ‐ A Comprehensive Analysis of the Hypoxic Response in Zebrafish Gills One Cell at a Time via Single Cell RNA Sequencing
Notice bibliographique
Résumé
All vertebrates “sense” changes in O 2 through specialized cells, called chemoreceptors, which interact with the peripheral and central nervous systems to maintain O 2 homeostasis. Aquatic vertebrates are especially prone to fluctuations in environmental O 2 availability. Therefore, it is vital for them to readily detect changes in PO 2 and make appropriate respiratory and cardiovascular adjustments. Teleost fish, such as zebrafish ( Danio rerio ), have O 2 chemoreceptors, called neuroepithelial cells (NECs), present in the gill epithelium and undergo membrane depolarization and vesicular recycling when exposed to acute hypoxia. NECs have also been shown to increase in number and size following chronic hypoxia. Here we present a comprehensive analysis of the effects of hypoxia on gill cells including NECs through a transcriptomic study. Using the transgenic line ETvmat2:GFP , zebrafish were acclimated to normoxia (PO 2 = 160 mmHg) or severe hypoxia (PO 2 = 35 mmHg ) and maintained for 14 days. Isolated cells from the distal ends of gill filaments, areas rich in NECs, were analyzed using single cell RNA sequencing (scRNA‐seq) analysis. Four normoxia (control) and four hypoxia‐treated biological samples were individually labelled before scRNA‐seq library construction using the 10X Genomics chromium technology. A total of 45,000 gill cells were consequently sequenced on a NextSeq500 (Illumina) sequencer with a read depth of 17,000 per cell. Our preliminary results separated 21 cell clusters and identified one cluster to be NECs based on gene expression. Highly differentially expressed genes in NECs included tph1a encoding tryptophan hydroxylase 1, the rate limiting enzyme in 5‐HT biosynthesis, and sv2 encoding synaptic vesicle 2 protein. Other differentially expressed genes in NECs are involved in mitochondrial oxidative metabolism and ATP synthesis. Moreover, differential expression analysis showed a clear shift in the transcriptome of NECs following 14 days of chronic hypoxia. NECs in the hypoxia group showed a high expression of genes involved in stress‐regulated polyubiquitination in contrast to the control group. The transcriptomic change implies a change in dynamics of the NEC population. We are the first group to conduct a single cell transcriptomic study in zebrafish gill cells. Our study is expected to provide a complete atlas for the hypoxic response in single gill cells and serve as a platform for future work on peripheral oxygen sensing. Support or Funding Information This research project is funded by Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».