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测序周报 · 科研篇:张锋团队最新力作,单细胞测序的规模化技术

8月28日,Broad研究所张锋团队在Nature Methods杂志发表题为“Massively Parallel Single-Nucleus RNA-Seq with DroNc-Seq”的文章,提出了一个新的测序技术:DroNc-Seq单细胞表达谱分析技术。该技术融合了sNuc-Seq技术与微流控技术的单核RNA测序方法,可以在结构复杂的组织中更有效地分析大量细胞或细胞核中的RNA,进行大规模并行基因表达

这项技术的进步也为检测健康神经元与神经退行性病变之间的转录差异,或生成整个模式生物的细胞目录研究提供了技术支持。

在利用单细胞技术来研究大脑等复杂组织的基因表达时,研究人员总会觉得困难重重,因为复杂组织不易分离,难以辨别,而且用于分离组织细胞的酶分离技术经常破坏目的神经元和RNA。科学家们想到,或许人们可以选择单细胞核而不是单细胞进行分析,避免酶的影响。但单核RNA测序技术并不总容易实现。

文章作者Naomi Habib谈道:“通过观察细胞核,我们能够真正理解不同的细胞类型和动态过程,如神经的形成。”该团队去年开发的低通量sNuc-Seq技术,是使用96或384孔板收集样本进行RNA测序,这种方法可以研究难以分离的单细胞中的基因表达谱。但是sNuc-Seq的应用规模受到了限制。

为扩大研究的应用规模,实现一次可研究数千个细胞核的高效测序,研究团队将目光转向了微流控芯片。将单细胞与带有DNA条码的微珠一起包裹在微滴中,大大加速表达谱分析实验,同时降低成本

研究人员在哈佛的Steven McCarroll实验室进行了液滴微流控方法研究。文章另一作者Anindita Basu说:“一个改变方法是液滴的大小。通常,细胞核含有比细胞更少的RNA,所以我们不得不减小液滴尺寸以保持每一滴内含高浓度的RNA。”她说,微流控装置必须被修改以适应更小的液滴尺寸。研发出融合了sNuc-Seq与微流控技术的DroNc-Seq技术。

为检验方法的准确性与效率,研究人员利用DroNc-Seq对小鼠细胞系和脑组织进行了分析,并与Drop-Seq、sNuc-Seq以及其他较低通量的单细胞RNA-Seq方法进行比较。结果显示DroNc-Seq表现出了灵敏、高效且无偏向的细胞分类能力。Habib说“我们可以用这个方法检测细胞亚群的微小差异并发现更多通常我们看不到的稀有细胞。”

重要的是,研究人员证明,DroNc-seq可以用于人体组织检测。他们分析了来自海马体的七个冰冻样本和五个来自前额叶皮层的样本。分析揭示了与已知细胞类型相对应的簇。同时,他们还将该方法应用于GTEx项目收集的人类组织上。发现,它可以鉴定神经元、神经胶质细胞及大脑中其他细胞类型特有的表达特征,还可以区分关系相近的细胞亚型

Habib表示,该方法可应用于许多不同的方面,包括对各种癌症的神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症或肿瘤的异质性,甚至是正常脑老化过程。此外,该技术很可能用于人体细胞图谱计划项目

“随着人类细胞图谱计划的提出,人们对单细胞测序技术越来越有兴趣”。华盛顿大学基因组科学系助理教授、本研究作者Cole Trapnell表示。有许多公司对该技术表示了极大的兴趣。英国Dolomite Bio公司表示计划推出DroNc-seq芯片。

在本研究中,研究人员对来自秀丽隐杆线虫的近50000个细胞进行测序,第一次完成对整个生物体的每个细胞的转录组测序。研究小组估计,一个人在两天内就可以完成建造一个数万个单细胞“图书馆”的工作,每个细胞花费0.3到0.2美元。

此外,该研究小组计划将这一方法应用于其他模式生物,如小鼠,并最终在人类中“创建非常大规模的包含所有不同细胞类型的目录”。

本周科研进展

1.近日,白血病领域权威杂志Leukemia在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏课题组的最新研究成果。该研究构建了包含TLR2共刺激信号的第三代嵌合抗原受体分子,并证明了TLR2共刺激信号提高了CAR-T细胞杀伤肿瘤的功能。这一研究为天然免疫和适应性免疫在CAR-T细胞治疗中的联合效应提供了理论基础,并开拓了CAR分子设计的新思路。

2.CTC蛋白质研究一直因为检测灵敏度问题停滞不前,影响CTC在肿瘤诊断及治疗中发挥更重要的作用。最近,加州大学伯克利分校和斯坦福大学医学院的研究人员利用Milo系统在《Nature Communications》上发表文章,证实在一次普通的抽血后,可对血样中罕见的CTC进行蛋白质表达水平分析,以检测其中一组与癌症相关的蛋白质。

3.人类免疫学项目联盟(HIPC)和人类免疫学中心的研究人员最近利用基于芯片的基因表达谱分析和RNA测序来追踪一些个体在接种流感疫苗之前和之后的基因表达模式。8月25日,他们在《Science Immunology》上发表了结果,强调有十几个基因和三个相互关联的基因模块与35岁以下个体的疫苗接种应答相一致。血液中的基因表达谱也许能够预测流感疫苗接种后的应答。

4. 近日,德国亥姆霍兹慕尼黑中心科学家和法国、美国的研究人员合作8月28日在Nature Genetics在线发表文章表明,反转录转座子在胚胎发育中发挥着重要的作用。过多或过少的L1表达导致胚胎发育停滞。这意味着,反转录转座子表达的精确时间和水平对于胚胎发育是关键的。

5. 日前,中国科学院院士、中科院动物研究所研究员周琪研究组通过活细胞观察,证实单倍体胚胎干细胞在分裂时发生有丝分裂滑移使细胞从中期直接进入间期,从而导致二倍化。用调控分裂中期关键靶点的小分子抑制剂进行筛选,发现CDK1和ROCK通路是调控单倍体胚胎干细胞二倍化的关键通路。通过添加ROCK抑制剂,能将单倍体胚胎干细胞分化为三个胚层的单倍体体细胞,包括神经干细胞、心肌细胞和胰岛细胞。

6.近日,来自CECAD的科研团队在《Cell Reports》杂志上发表了关于衰老的研究成果。研究以秀丽隐杆线虫作为模式生物,研究者发现暴露在紫外光下数小时的年轻线虫展现出只有年老线虫才会有的变化。研究表明DNA损伤的多种多样影响已经到达了前所未有的复杂性,衰老只是其中一种结果而已。

7.8月24日,基因编辑技术先驱詹妮弗·杜德纳与同事的相关论文发表在顶级期刊《细胞》杂志,揭示了两个可以为 CRISPR 的基因编辑画上停止键的蛋白质是如何发挥作用的。此外,这两个抑制蛋白具有广谱性,也就是说可以适用不同的 CRISPR 系统。

8. 8月27日,首个白细胞介素(IL-)1β抑制剂抗炎治疗的随机对照临床试验结果揭晓,结果同步发表于《新英格兰医学杂志》、《柳叶刀》、欧洲心脏病学会(ESC)年会。该研究结果显示,单克隆抗体canakinumab对IL-1β的抑制与心血管事件发生率、死亡率以及致死性肿瘤、肺癌和致死性肺癌的发生率降低有关。

9. 近日,来自UCLA和Howard Hughes Medical Institute的科学家成功利用抑制基因来控制小鼠的胆固醇水平,家族性高胆固醇血症会引起血小板增多,抑制胆固醇水平是控制血小板的增多治疗的一部分。在预临床实验中,研究者发现一种被“垃圾DNA”LeXis基因可以降低胆固醇水平、减少动脉阻塞,该治疗方法可以减少肝脏细胞中的脂肪堆积。

新发表文章

【植物】

1.Integrated RNA Sequencing and QTLMapping to Identify Candidate Genes from Oryza rufipogon Associated with SaltTolerance at the Seedling Stage.Wang S et al.Front Plant Sci. 2017 Aug 15

2.Integrated analysis of mRNA and miRNAexpression profiling in rice backcrossed progenies (BC2F12) with differentplant height.Cao A et al.PLoS One. 2017 Aug 31

3.RNA-seq data comparisons of wild soybeangenotypes in response to soybean cyst nematode (Heterodera glycines).Zhang H etal.Genom Data. 2017 Aug 9

4.Transcriptomics analysis of salt stresstolerance in the roots of the mangrove Avicennia officinalis.Krishnamurthy P etal.Sci Rep. 2017 Aug 30

【微生物】

1.Deep Sequencing of RNA from Blood andOral Swab Samples Reveals the Presence of Nucleic Acid from a Number ofPathogens in Patients with Acute Ebola Virus Disease and Is Consistent withBacterial Translocation across the Gut.Carroll MW et al.mSphere. 2017 Aug 23

2.Variation of Oxygenation Conditions on aHydrocarbonoclastic Microbial Community Reveals Alcanivorax and CycloclasticusEcotypes.Terrisse F et al.Front Microbiol. 2017 Aug 16

3.Whole-Genome Sequences of Brucellamelitensis Strain QY1, Isolated from Sheep in Gansu, China.Cao X et al.Genome Announc.2017 Aug 31

4.Whole-Genome Sequence of Streptococcustigurinus Strain osk_001, Isolated from Postmortem Material.Yoshizawa H etal.Genome Announc. 2017 Aug 31

5.Molecular characterization of hepatitisB virus in Vietnam.Bui TTT et al.BMC Infect Dis. 2017 Aug 31

6.Whole-Genome Sequencing of BacterialPathogens: the Future of Nosocomial Outbreak Analysis.Quainoo S et al.ClinMicrobiol Rev. 2017 Oct

【肿瘤】

1.Identification of dysregulated lncRNAsprofiling and metastasis-associated lncRNAs in colorectal cancer by genome-wideanalysis.Chen Y et al.Cancer Med. 2017 Aug 31.

2.Breast cancer chemopreventionpharmacogenomics: Deep sequencing and functional genomics of the ZNF423 andCTSO genes.Liu D et al.NPJ Breast Cancer. 2017 Aug 21

3.Inflammatory Infiltrates in ParathyroidTumors.Haglund F et al. Eur J Endocrinol. 2017 Aug 30.

4. The neoepitope landscape in pediatriccancers.Chang TC et al.Genome Med. 2017 Aug 31

5.Clinical implications of neoepitopelandscapes for adult and pediatric cancers.Feng YY et al.Genome Med. 2017 Aug31

6.Distinct molecular profile of diffusecerebellar gliomas.Nomura M et al.Acta Neuropathol. 2017 Aug 29.

7.RNA-seq reveals more consistentreference genes for gene expression studies in human non-melanoma skincancers.Hoang VLT et al.PeerJ. 2017 Aug 21

【其他】

1.Multiplexed analysis of fixed tissue RNAusing Ligation in situ Hybridization.Credle JJ et al.Nucleic Acids Res. 2017Aug 21

2.Postnatal Cardiac Gene-Editing UsingCRISPR/Cas9 with AAV9-Mediated Delivery of Short Guide RNAs Results in MosaicGene Disruption.Johansen AK et al.Circ Res. 2017 Aug 29.

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本文由 测序中国 作者:王迪 发表,转载请注明来源!

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