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Nature | 浙江大学郭国骥团队绘制首个单细胞水平人类细胞图谱,涵盖所有主要人体器官细胞类型

北京时间3月26日,浙江大学医学院郭国骥教授领导的研究团队在《自然》发表一项重磅研究成果“Construction of a human cell landscape at single-cell level”。研究团队对中国汉族捐赠样本进行了单细胞RNA测序,首次从单细胞水平全面分析了胚胎和成年时期的主要人体器官细胞类型,建立了人类细胞图谱分析框架。同时,该研究对人类和小鼠单细胞图谱进行了比较分析,并发现干细胞和祖细胞表现出很强的转录组随机性,分化和成熟细胞的转录状态却分明且稳定。

郭国骥

该研究由郭国骥团队与浙江大学附属医院张丹团队、王伟林团队、陈江华团队、梁廷波团队和黄河团队等合作完成。此前郭国骥团队开发了一种名为Microwell-seq的高通量单细胞RNA测序技术。该方法经济高效、双细胞污染率低,在细胞类型兼容性方面具有优势。经过跨平台等研究验证,该方法即使较低测序深度下,也可以稳健地检测稀有细胞类型。因此,研究团队在最新研究中利用Microwell-seq技术,对来自中国汉族的捐赠样本进行了单细胞测序,创建了主要人类细胞类型的单细胞图谱。

历时2年时间,该研究分析了来自胎儿和成人的组织样本,涵盖60种人体组织类型。同时,研究还分析了7种细胞培养物,包括诱导多能干细胞、拟胚体细胞、源自H9 / OP9共培养物的造血细胞和胰岛β细胞等。最终,利用702,968个单细胞的转录组数据,研究团队系统建立了跨越人类胚胎和成年两个时期的单细胞图谱,鉴定了102种细胞簇和843种细胞亚类,为人类生物学研究以及对人体疾病细胞状态的鉴定提供了宝贵的资源。

单细胞水平的人类细胞图谱,来源:人类细胞图谱网站

该研究的一个亮点是主转录因子可用于指定主要的人类细胞类型,例如神经元、红系细胞和腺泡细胞。同时,该研究还发现了许多人类组织中此前未被识别的细胞异质性,定义了30多种新细胞种类。例如,在胎儿肾脏中发现了新的S形体细胞类型;在成人肾脏中发现了新细胞类型。

研究团队还通过评估胎儿和成人阶段组织之间细胞类型的相似性,以研究人体器官的发育。结果显示,在肾脏和肺组织中,上皮细胞、间充质细胞、内皮细胞和免疫细胞的基因表达模式在这两个发育阶段之间是相关的,并且多种成人的上皮、内皮和基质细胞在组织中似乎扮演着免疫细胞的角色。此外,组织内的驻留免疫细胞和基质细胞在器官发育早期出现。研究团队还对胎儿和成人的细胞图谱数据进行了轨迹分析,并绘制了一个图谱,显示了从胎儿祖细胞到成年成熟细胞类型。

通过跨时期、跨组织和跨物种的细胞图谱分析,团队揭示了一个普适性的哺乳动物细胞命运决定机制:干细胞和祖细胞的转录状态混杂且随机,分化和成熟细胞的转录状态分明且稳定,也就是说,细胞分化经历了一个从混乱到有序的发展过程。

最后,研究人员使用HCL数据库建立了名为scHCL的单细胞映射框架,用于人类细胞类型的分类。研究团队将其HCL与其他已发布的人类数据集整合在一起,并为单细胞研究中所有可用的人类细胞类型簇提供了转录组参考。

通过将大量RNA测序数据映射到人类细胞图谱中,可以稳健地定义培养的细胞群体或癌细胞类器官的细胞谱系。研究团队认为:“通过批量和单细胞mRNA测序之间的相关性分析,以及细胞数的子采样分析。经估计,人类细胞图谱的基因和细胞类型覆盖率较高,这些数据涵盖了迄今为止针对人类最全面的细胞类型。” 为了允许公众访问该资源,研究团队搭建了人类细胞图谱网站https://db.cngb.org/HCL/。

参考资料:

1.Construction of a human cell landscape at single-cell level,Nature (2020),DOI:10.1038/s41586-020-2157-4

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2157-4

2.人类细胞图谱网站https://db.cngb.org/HCL/

3.Single-Cell RNA-Seq Study Leads to Cell Type Map of All Major Human Organs

https://www.genomeweb.com/genetic-research/single-cell-rna-seq-study-leads-cell-type-map-all-major-human-organs#.Xnv4_zMpj2c

4.Nature重磅!浙大郭国骥团队绘制世界首个人类细胞图谱

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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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