Purpose: Bladder cancer treatment remains a major clinical challenge due to therapy resistance and a high recurrence rate. Profiling intratumor heterogeneity can reveal the molecular mechanism of bladder cancer recurrence. Experimental Design: Here, we performed single-cell RNA sequencing and Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing (ATAC-seq) on tumors from 13 patients with low recurrence risk, high recurrence risk, and recurrent bladder cancer. Results: Our study generated a comprehensive cancer-cell atlas consisting of 54,971 single cells and identified distinct cell subpopulations. We found that the cancer stem-cell subpopulation is enriched during bladder cancer recurrence with elevated expression of EZH2. We further defined a subpopulation-specific molecular mechanism whereby EZH2 maintains H3K27me3-mediated repression of the NCAM1 gene, thereby inactivating the cell invasive and stemness transcriptional program. Furthermore, taking advantage of this large single-cell dataset, we elucidated the spectrum of epithelial–mesenchymal transition (EMT) in clinical samples and revealed distinct EMT features associated with bladder cancer subtypes. We identified that TCF7 promotes EMT in corroboration with single-cell ATAC with high-throughput sequencing (scATAC-seq) analysis. Additionally, we constructed regulatory networks specific to recurrent bladder cancer. Conclusions: Our study and analytic approaches herein provide a rich resource for the further study of cancer stem cells and EMT in the bladder cancer research field.

中文翻译：

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单细胞分析揭示复发性膀胱癌中癌症干细胞维持和上皮-间质转化的机制

目的：由于治疗耐药和高复发率，膀胱癌治疗仍然是一个主要的临床挑战。剖析瘤内异质性可以揭示膀胱癌复发的分子机制。实验设计：在这里，我们使用测序 (ATAC-seq) 对来自 13 名低复发风险、高复发风险和复发性膀胱癌患者的肿瘤进行了单细胞 RNA 测序和转座酶可及染色质测定。结果：我们的研究生成了一个由 54,971 个单细胞组成的综合癌细胞图谱，并确定了不同的细胞亚群。我们发现癌症干细胞亚群在膀胱癌复发期间随着 EZH2 表达升高而富集。我们进一步定义了一种亚群特异性分子机制，EZH2 通过该机制维持 H3K27me3 介导的 NCAM1 基因抑制，从而使细胞侵袭性和干性转录程序失活。此外，利用这个大型单细胞数据集，我们阐明了临床样本中的上皮-间质转化 (EMT) 谱，并揭示了与膀胱癌亚型相关的不同 EMT 特征。我们发现 TCF7 促进 EMT，这与具有高通量测序 (scATAC-seq) 分析的单细胞 ATAC 相证实。此外，我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。从而使细胞侵袭性和干性转录程序失活。此外，利用这个大型单细胞数据集，我们阐明了临床样本中的上皮-间质转化 (EMT) 谱，并揭示了与膀胱癌亚型相关的不同 EMT 特征。我们发现 TCF7 促进 EMT，这与具有高通量测序 (scATAC-seq) 分析的单细胞 ATAC 相证实。此外，我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。从而使细胞侵袭性和干性转录程序失活。此外，利用这个大型单细胞数据集，我们阐明了临床样本中的上皮-间质转化 (EMT) 谱，并揭示了与膀胱癌亚型相关的不同 EMT 特征。我们发现 TCF7 促进 EMT，这与具有高通量测序 (scATAC-seq) 分析的单细胞 ATAC 相证实。此外，我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。我们阐明了临床样本中上皮-间质转化 (EMT) 的范围，并揭示了与膀胱癌亚型相关的不同 EMT 特征。我们发现 TCF7 促进 EMT，这与具有高通量测序 (scATAC-seq) 分析的单细胞 ATAC 相证实。此外，我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。我们阐明了临床样本中上皮-间质转化 (EMT) 的范围，并揭示了与膀胱癌亚型相关的不同 EMT 特征。我们发现 TCF7 促进 EMT，这与具有高通量测序 (scATAC-seq) 分析的单细胞 ATAC 相证实。此外，我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。我们构建了针对复发性膀胱癌的监管网络。结论：我们的研究和分析方法为进一步研究膀胱癌研究领域的癌症干细胞和 EMT 提供了丰富的资源。