单细胞转录组测序技术新进展及其在造血系统研究中的应用
发布时间：2021-02-25 14:27
单细胞测序技术凭借其能全面反映细胞群体异质性这一优势,近年来发展迅速.其中,单细胞转录组测序技术提供了在分子水平上对细胞作分类或表征的替代方法,在发育生物学、神经科学、血液学、免疫及癌症等研究领域均展示出了广泛的应用前景.本文总结了近年来单细胞转录组测序技术的主要发展趋势,并列举了该技术在造血系统中的应用.
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单细胞转录组测序技术操作流程(以Smart-seq为例).A:流式分选捕获单细胞;B:模板切换法逆转录得到cDNA;C:PCR扩增;D:文库制备测序及数据分析
单细胞转录组测序在样本的选择上十分苛刻,一般取新鲜标本制成一定浓度的单细胞悬液,要求细胞活性高、黏连少,这就使得冻存样本、轻微固定样本、尸体标本以及难消化的组织块等的应用受限2013年,Grindberg等人[18]首次尝试比较了小鼠的单个神经细胞和单个细胞核内转录组的差异,发现二者检出的基因表达差异相似.这就提示在处理复杂样本时无需考虑胞质损失带来的问题,可直接分离单个细胞核及核内mRNA来体现细胞转录状态.此外,胞质内核糖体的去除还能减少组织解离后假基因的表达2016年,Aviv Regev实验室和张峰实验室[19]联合推出Div-Seq,在已有单核转录组测序技术的基础上优化了聚类分析算法.2017年,他们再次发表“升级版”的DroNc-seq[20],改进了细胞核分离方法,不再依赖FACS(fluorescence activated cell sorting),实现了大规模、高通量的测序以及实验流程的进一步简化.单核转录组测序技术丰富了样本的选择,能够满足更多的临床需求,如组织活检、病理细胞图谱绘制等.图2 单细胞转录组测序技术操作流程(以Smart-seq为例).A:流式分选捕获单细胞;B:模板切换法逆转录得到cDNA;C:PCR扩增;D:文库制备测序及数据分析
随着单细胞转录组测序通量的逐步提高,人们不再局限于对某个祖细胞分支或某类成熟细胞的单细胞转录图谱的探究,而是更为关注整个造血系统尤其是造血干/祖细胞的转录组特征.2015年,Kowalczyk等人[45]对8～12周龄小鼠和2岁左右衰老小鼠的长周期HSC、短周期HSC、多能祖细胞进行单细胞转录组测序,评估造血干/祖细胞的转录异质性以及其在稳态造血中随年龄的变化,即建立了造血干/祖细胞在稳态下的正常及衰老图谱.2016年,Nestorowa等人[40]将单细胞转录组测序的样本量扩大到1600余个造血干/祖细胞,建立了12个类群造血干/祖细胞的单细胞表达图谱,为造血分化研究提供了较为系统的单细胞转录组数据参考.刘兵实验室[46,47]在造血发育方面的相关工作同样以单细胞转录组测序为手段,分析小鼠胚胎主动脉-性腺-中肾(aorta-gonad-mesonephros,AGM)区的内皮细胞、pre-HSC和胎肝中的HSC,发现m TORC2信号通路以及H19长非编码RNA在HSC早期形成阶段中的关键作用,同时也补充了HSC在胚胎造血时期的单细胞转录图谱.近年来,单细胞转录组测序搭配新的数据计算分析方法,能够通过转录组的相似性将单细胞按照人为设定的分化时间点排列,从而虚拟重建细胞间关系.结合以上建立稳态造血单细胞转录组图谱的相关工作,越来越多的研究团队提出造血分化是一个连续性的过程(图3B),具体体现在低偏向未分化的造血干/祖细胞向谱系限制细胞的逐渐分化,以及分子水平上细胞分裂基因受抑和谱系特异性基因激活的统筹[44,48,49].这种假说强调造血干/祖细胞的异质性,是对传统造血分化模型的一大创新,但同时也存在与细胞表面标志的脱轨、过于依赖单细胞转录组测序等问题,还需要从表观修饰等层面进行完善[50,51].
【参考文献】：
期刊论文
[1]造血微环境研究进展与发展方向[J]. 程辉,程涛. 中国科学:生命科学. 2017(12)
[2]造血干细胞功能异质性研究的“金标准”——单细胞移植技术的建立和优化[J]. 王晓芳,董芳,郝莎,程涛,Hideo Ema. 中国科学:生命科学. 2017(12)
[3]造血干细胞异质性[J]. 陈晨,郝莎,程涛. 中华血液学杂志. 2015 (10)
本文编号：3051104
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单细胞转录组测序技术操作流程(以Smart-seq为例).A:流式分选捕获单细胞;B:模板切换法逆转录得到cDNA;C:PCR扩增;D:文库制备测序及数据分析
单细胞转录组测序在样本的选择上十分苛刻,一般取新鲜标本制成一定浓度的单细胞悬液,要求细胞活性高、黏连少,这就使得冻存样本、轻微固定样本、尸体标本以及难消化的组织块等的应用受限2013年,Grindberg等人[18]首次尝试比较了小鼠的单个神经细胞和单个细胞核内转录组的差异,发现二者检出的基因表达差异相似.这就提示在处理复杂样本时无需考虑胞质损失带来的问题,可直接分离单个细胞核及核内mRNA来体现细胞转录状态.此外,胞质内核糖体的去除还能减少组织解离后假基因的表达2016年,Aviv Regev实验室和张峰实验室[19]联合推出Div-Seq,在已有单核转录组测序技术的基础上优化了聚类分析算法.2017年,他们再次发表“升级版”的DroNc-seq[20],改进了细胞核分离方法,不再依赖FACS(fluorescence activated cell sorting),实现了大规模、高通量的测序以及实验流程的进一步简化.单核转录组测序技术丰富了样本的选择,能够满足更多的临床需求,如组织活检、病理细胞图谱绘制等.图2 单细胞转录组测序技术操作流程(以Smart-seq为例).A:流式分选捕获单细胞;B:模板切换法逆转录得到cDNA;C:PCR扩增;D:文库制备测序及数据分析
随着单细胞转录组测序通量的逐步提高,人们不再局限于对某个祖细胞分支或某类成熟细胞的单细胞转录图谱的探究,而是更为关注整个造血系统尤其是造血干/祖细胞的转录组特征.2015年,Kowalczyk等人[45]对8～12周龄小鼠和2岁左右衰老小鼠的长周期HSC、短周期HSC、多能祖细胞进行单细胞转录组测序,评估造血干/祖细胞的转录异质性以及其在稳态造血中随年龄的变化,即建立了造血干/祖细胞在稳态下的正常及衰老图谱.2016年,Nestorowa等人[40]将单细胞转录组测序的样本量扩大到1600余个造血干/祖细胞,建立了12个类群造血干/祖细胞的单细胞表达图谱,为造血分化研究提供了较为系统的单细胞转录组数据参考.刘兵实验室[46,47]在造血发育方面的相关工作同样以单细胞转录组测序为手段,分析小鼠胚胎主动脉-性腺-中肾(aorta-gonad-mesonephros,AGM)区的内皮细胞、pre-HSC和胎肝中的HSC,发现m TORC2信号通路以及H19长非编码RNA在HSC早期形成阶段中的关键作用,同时也补充了HSC在胚胎造血时期的单细胞转录图谱.近年来,单细胞转录组测序搭配新的数据计算分析方法,能够通过转录组的相似性将单细胞按照人为设定的分化时间点排列,从而虚拟重建细胞间关系.结合以上建立稳态造血单细胞转录组图谱的相关工作,越来越多的研究团队提出造血分化是一个连续性的过程(图3B),具体体现在低偏向未分化的造血干/祖细胞向谱系限制细胞的逐渐分化,以及分子水平上细胞分裂基因受抑和谱系特异性基因激活的统筹[44,48,49].这种假说强调造血干/祖细胞的异质性,是对传统造血分化模型的一大创新,但同时也存在与细胞表面标志的脱轨、过于依赖单细胞转录组测序等问题,还需要从表观修饰等层面进行完善[50,51].
【参考文献】：
期刊论文
[1]造血微环境研究进展与发展方向[J]. 程辉,程涛. 中国科学:生命科学. 2017(12)
[2]造血干细胞功能异质性研究的“金标准”——单细胞移植技术的建立和优化[J]. 王晓芳,董芳,郝莎,程涛,Hideo Ema. 中国科学:生命科学. 2017(12)
[3]造血干细胞异质性[J]. 陈晨,郝莎,程涛. 中华血液学杂志. 2015 (10)
本文编号：3051104
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