Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution

Programa de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut d'Investigació de Bellvitge (IDIBELL)

Detalhes bibliográficos
Autor: Lazis, loannis
Formato: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2024
País:España
Recursos:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/692661
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10803/692661
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Transcripció genètica
Transcripción genética
Genetic transcription
Seqüència de nucleòtids
Cadenas de nucleótidos
Nucleotide sequence
Peix zebra
Peces cebra
Zebra danio
Regeneració (Biologia)
Regeneración (Biología)
Regeneration (Biology)
Cor
Corazón
Heart
Ciències de la Salut
575
id ES_a4ca31d7ef03342bfa32b9ca0dcb1f87
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/692661
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
title Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
spellingShingle Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
Lazis, loannis
Transcripció genètica
Transcripción genética
Genetic transcription
Seqüència de nucleòtids
Cadenas de nucleótidos
Nucleotide sequence
Peix zebra
Peces cebra
Zebra danio
Regeneració (Biologia)
Regeneración (Biología)
Regeneration (Biology)
Cor
Corazón
Heart
Ciències de la Salut
575
title_short Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
title_full Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
title_fullStr Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
title_full_unstemmed Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
title_sort Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolution
dc.creator.none.fl_str_mv Lazis, loannis
author Lazis, loannis
author_facet Lazis, loannis
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Raya Chamorro, Ángel
Plass, Mireya
Consiglio, Antonella
Universitat de Barcelona. Facultat de Medicina i Ciències de la Salut
dc.subject.none.fl_str_mv Transcripció genètica
Transcripción genética
Genetic transcription
Seqüència de nucleòtids
Cadenas de nucleótidos
Nucleotide sequence
Peix zebra
Peces cebra
Zebra danio
Regeneració (Biologia)
Regeneración (Biología)
Regeneration (Biology)
Cor
Corazón
Heart
Ciències de la Salut
575
topic Transcripció genètica
Transcripción genética
Genetic transcription
Seqüència de nucleòtids
Cadenas de nucleótidos
Nucleotide sequence
Peix zebra
Peces cebra
Zebra danio
Regeneració (Biologia)
Regeneración (Biología)
Regeneration (Biology)
Cor
Corazón
Heart
Ciències de la Salut
575
description Programa de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut d'Investigació de Bellvitge (IDIBELL)
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024
2024
2025
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/692661
url http://hdl.handle.net/10803/692661
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 207 p.
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869415543675551744
spelling Single-cell transcriptomics of zebrafish heart regeneration with subcellular spatial resolutionLazis, loannisTranscripció genèticaTranscripción genéticaGenetic transcriptionSeqüència de nucleòtidsCadenas de nucleótidosNucleotide sequencePeix zebraPeces cebraZebra danioRegeneració (Biologia)Regeneración (Biología)Regeneration (Biology)CorCorazónHeartCiències de la Salut575Programa de Doctorat en Biomedicina / Tesi realitzada a l'Institut d'Investigació de Bellvitge (IDIBELL)[eng] Adult zebrafish (Danio rerio), in contrast to mammals, can efficiently regenerate large portions of the heart after experimental damage or amputation. This process has been extensively studied we are beginning to understand the key events necessary for this regenerative response to happen. However, the cellular interplay and molecular mechanisms that govern the proliferation and migration of cardiomyocytes, as well as the termination of the regenerative process, have been only fragmentary explored. Understanding these mechanisms and exploiting them in the human context could open new therapeutic approaches to promote myocardial regeneration and prevent the development of heart failure. With this aim, we sought to determine the transcriptomic profile of healthy and regenerating zebrafish hearts at single-cell resolution, using novel transcriptomic approaches, and to analyze the importance of candidate genes in the regeneration process. For this purpose, in the first part of the current thesis, we developed a tissue dissociation protocol using a cold active protease, from B. licheniformis, to minimize collagenase-associated artifacts introduced in single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) analyses. We also made use of a droplet-based microfluidics encapsulation device that is particularly suitable for capturing both large (cardiomyocytes) and small (fibroblasts, endothelial, myeloid) size cells. Using these protocols, we have investigated changes in cell types and cardiomyocyte cell states in uninjured (Sham) zebrafish hearts, and after 7- and 30- days post amputation (DPA) . Due to the high sensitivity of scRNA-seq, we could find changes in gene expression that were not detected in previous bulk RNA-seq analyses. Our results identified novel markers to describe cardiomyocyte cell-states that are present in both healthy and regenerating myocardium. We then studied the transcriptomic changes of these cell-states, and we identified candidate genes with possible implication in heart regeneration. In the second part of the current thesis, we sought to examine the importance of candidate genes in zebrafish heart regeneration. Our previous results showed that anxa2a, mustn1b, fhl1a and casq2 are dynamically expressed in cardiomyocytes and upregulated at 7 DPA. We followed a CRISPR/Cas9-based approach for loss-of-function experiments of these genes. Knock-out zebrafish did not exhibit any developmental defects or abnormal adult phenotypes but failed to regenerate their myocardium after apex resection. For further characterization of the role(s) that these genes play during zebrafish heart regeneration, we developed two novel experimental platforms: 1) a cardiomyocyte-specific Ca2+ indicator reporter transgenic zebrafish line for monitoring calcium handling during zebrafish heart regeneration, and 2) an in vitro platform for measuring cell-autonomous behaviors in response to matrices of controlled stiffness. In the third part, we have examined the transcriptomic changes in periostin b (postnb) knock-out animals that exhibit increased cardiomyocyte proliferation but fail to regenerate the ventricle upon injury. We found similar cellular composition between postnb-/- and wild type ventricles. However, postnb-/- mutant hearts showed changes in the proportions of cardiomyocytes, macrophages, fibroblasts, and epicardial cells at 7 DPA. To include spatial information about the expression of genes and infer gene regulatory networks, we performed spatial transcriptomics experiments. Our results demonstrate the suitability and efficiency of the technique for finding gene specific domains in the regenerating zebrafish heart.[cat] El peix zebra adult (Danio rerio), a diferència dels mamífers, pot regenerar eficientment grans porcions del cor després de danys experimentals o amputacions. Aquest procés ha estat àmpliament estudiat i estem començant a entendre els esdeveniments clau necessaris perquè es produeixi aquesta resposta regenerativa. No obstant això, la interacció cel·lular i els mecanismes moleculars que governen la proliferació i migració dels cardiomiòcits, així com la finalització del procés regeneratiu, només s'han explorat fragmentàriament. Entendre aquests mecanismes i explotar-los en el context humà podria obrir nous enfocaments terapèutics per promoure la regeneració miocàrdica i prevenir el desenvolupament d'insuficiència cardíaca. Amb aquest objectiu, es va intentar determinar el perfil transcriptòmic de cors de peix zebra sans i regeneradors a resolució unicel·lular, utilitzant nous enfocaments transcriptòmics, i analitzar la importància dels gens candidats en el procés de regeneració. Amb aquest propòsit, en la primera part de la present tesi, hem desenvolupat un protocol de dissociació de teixits utilitzant una proteasa activa en fred, de B. licheniformis, per minimitzar els artefactes associats a la col·lagenasa introduïts en les anàlisis de seqüenciació d'ARN de cèl·lules unicel·lulars (scRNA-seq). També hem utilitzat un dispositiu d'encapsulació microfluídica basat en gotes que és especialment adequat per capturar cèl·lules grans (cardiomiòcits) i petites (fibroblasts, endotelials, mieloides). Utilitzant aquests protocols, hem investigat canvis en els tipus de cèl·lules i els estats de les cèl·lules dels cardiomiòcits en cors de peix zebra il·lesos (Sham) i després de 7 i 30 dies després de l'amputació (DPA). A causa de l'alta sensibilitat de scRNA-seq, vam poder trobar canvis en l'expressió gènica que no es van detectar en anàlisis anteriors de seqüenciació d'ARN a granel. Els nostres resultats van identificar nous marcadors per descriure els estats de les cèl·lules dels cardiomiòcits que estan presents tant en el miocardi sa com en regeneració. Després vam estudiar els canvis transcriptòmics d'aquests estats cel·lulars i vam identificar gens candidats amb possibles implicacions en la regeneració del cor. En la segona part de la tesi actual, es va tractar d'examinar la importància dels gens candidats en la regeneració del cor del peix zebra. Els nostres resultats anteriors van mostrar que anxa2a, mustn1b, fhl1a i casq2 s'expressen dinàmicament en cardiomiòcits i es regulen a 7 DPA. Vam seguir un enfocament basat en CRISPR/Cas9 per a experiments de pèrdua de funció d'aquests gens. El peix zebra no va presentar cap defecte de desenvolupament ni adult anormal dels fenotips però no van poder regenerar el seu miocardi després de la resecció de l'àpex. Per a una major caracterització del paper que juguen aquests gens durant la regeneració del cor del peix zebra, hem desenvolupat dues noves plataformes experimentals: 1) una línia de peix zebra reporter indicador Ca2+ específic de cardiomiòcits per monitoritzar la manipulació del calci durant la regeneració del cor del peix zebra, i 2) una plataforma in vitro per mesurar comportaments autònoms cel·lulars en resposta a matrius de rigidesa controlada. A la tercera part, hem examinat els canvis transcriptòmics en animals knock-out de periostina b (postnb) que presenten una major proliferació de cardiomiòcits però no aconsegueixen regenerar el ventricle després de la lesió. Hem trobat una composició cel·lular similar entre els ventricles postnb-/- i de tipus salvatge. No obstant això, els cors mutants postnb-/- van mostrar canvis en les proporcions de cardiomiòcits, macròfags, fibroblasts i cèl·lules epicàrdiques a 7 DPA. Per incloure informació espacial sobre l'expressió de gens i inferir xarxes de regulació gènica, vam realitzar experiments de transcriptòmica espacial. Els nostres resultats demostren la idoneïtat i l'eficiència de la tècnica per trobar dominis específics gènics en el cor regenerador del peix zebra.Universitat de BarcelonaRaya Chamorro, ÁngelPlass, MireyaConsiglio, AntonellaUniversitat de Barcelona. Facultat de Medicina i Ciències de la Salut202420252024info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion207 p.application/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/692661TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésADVERTIMENT. Tots els drets reservats. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6926612026-06-14T12:46:07Z
score 15,811543

Registos relacionados