単一細胞の空間トランスクリプトミクスは、顔視小窩下筋ジストロフィーにおける筋芽細胞の運命の発達的分岐点に続く異形成軌道を明らかにします

facioscapulohumeral筋ジストロフィー（FSHD）は、転写活性化因子Dux4の異常な脱抑制に関連しています。この効果は、細胞の低い割合に局在しているため、単一セル分析が必要です。ただし、単一細胞/核RNA-SEQは、多核の大きな筋管のトランスクリプトームを完全に捕捉することはできません。これらの問題を回避するために、細胞内解像度でRNA転写産物のプロファイリングを可能にするMerfish（多重化されたエラーロバスト蛍光in situハイブリダイゼーション）空間トランスクリプトームを使用します。同時に、in vitro分化コントロール、等遺伝子D4Z4収縮変異体およびFSHD患者筋管、およびその中の個々の核と同様に、in vitro分化コントロール、等性D4Z4収縮変異体およびFSHD患者筋管（MNC）を含む24の直接DUX4ターゲットを含む140の遺伝子の空間分布を同時に調べました。筋細胞核は、患者/変異核でのみ見られるDux4標的遺伝子の発現によって定義された2つのクラスターに分離され、MNCSは発達状態に基づいてクラスターをクラスターします。患者/変異筋管は「FSHD-HI」および「FSHD-LO」状態に見られ、前者は高DUX4標的発現と筋肉遺伝子発現の減少によって象徴されています。擬似型分析により、筋芽細胞の分化が制御およびFSHD-HI筋肉枝への明確な分岐を明らかにし、多核液液に見られるDux4標的をさまざまな数のDux4ターゲットを発現させます。細胞外マトリックスおよびストレス遺伝子オントロジーに関連する遺伝子共発現モジュールは、対照と比較して患者/変異筋管で大幅に変化します。また、Dux4遺伝子ネットワーク内の異なるサブパスウェイを特定し、疾患の転写腫の表現型に異なる寄与します。まとめると、メルフィッシュベースの研究は、多核細胞の効果的な遺伝子ネットワークプロファイリングを提供し、筋芽細胞の分化中にFSHD誘導性のトランスクリプトーム変化を特定します。

Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is linked to abnormal de-repression of the transcription activator DUX4. This effect is localized to a low percentage of cells, requiring single-cell analysis. However, single-cell/nucleus RNA-seq cannot fully capture the transcriptome of multinucleated large myotubes. To circumvent these issues, we use MERFISH (Multiplexed Error Robust Fluorescent In Situ Hybridization) spatial transcriptomics that allows profiling of RNA transcripts at a subcellular resolution. We simultaneously examined spatial distributions of 140 genes, including 24 direct DUX4 targets, in in vitro differentiated control, isogenic D4Z4 contraction mutant and FSHD patient myotubes and unfused mononuclear cells (MNCs), as well as the individual nuclei within them. We find myocyte nuclei segregate into 2 clusters defined by expression of DUX4 target genes, which is exclusively found in patient/mutant nuclei, while MNCs cluster based on developmental state. Patient/mutant myotubes are found in "FSHD-hi" and "FSHD-lo" states with the former signified by high DUX4 target expression and decreased muscle gene expression. Pseudotime analyses reveal a clear bifurcation of myoblast differentiation into control and FSHD-hi myotube branches, with variable numbers of DUX4 target expressing nuclei found in multinucleated FSHD-hi myotubes. Gene coexpression modules related to extracellular matrix and stress gene ontologies are significantly altered in patient/mutant myotubes compared to control. We also identify distinct subpathways within the DUX4 gene network that may differentially contribute to the disease transcriptomic phenotype. Taken together, our MERFISH-based study provides effective gene network profiling of multinucleated cells and identifies FSHD-induced transcriptomic alterations during myoblast differentiation.