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《单细胞RNA测序技术之应用盘点》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2018-09-13

  • 随着近几年的迅速发展，这项技术已应用在多个领域，从早期胚胎发育到组织和器官发育、以及免疫学和肿瘤学。今年有多项成果发表在《Nature》、《Science》和《Cell》等顶级杂志上。

  • 原文来源：http://www.ebiotrade.com/newsf/2018-9/2018912171026168.htm
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  • 《Nature | 单细胞新生RNA测序揭示了全局转录的协同调控》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-06-06
    • 2024年6月5日，麻省理工学院等机构的研究人员在Nature 上发表了题为Single-cell nascent RNA sequencing unveils coordinated global transcription的文章。 在生物学领域，基因表达是生物体展现其遗传信息、实现生物功能的重要过程。转录作为基因表达的首要步骤，负责将DNA中的遗传信息转录成RNA，进而指导蛋白质的合成。近年来，随着单细胞测序技术的发展，研究者们开始关注单个细胞中基因和增强子的活性，以及它们之间的协调关系。然而，由于技术限制，关于转录和增强子-基因协调的时间调控机制仍然是一个未解之谜。 该研究提出了一种新的单细胞新生RNA测序技术——scGRO-seq，该技术通过点击化学方法，能够同时测量细胞群体中的基因和增强子活性，并揭示整个基因组范围内的协调转录情况。通过应用scGRO-seq，研究人员发现了转录的偶发性和功能相关基因的共转录现象，这为我们理解基因表达的动态过程提供了新的视角。此外，scGRO-seq还具有直接量化单个细胞中转录RNA聚合酶的能力，从而能够估算转录爆发的大小和频率。这一特性使得研究人员能够更深入地了解细胞周期动态，并识别出增强子和基因之间的网络关系。 研究结果表明，超级增强子的转录爆发先于相关基因的转录爆发，这为理解转录调控机制提供了新的线索。通过scGRO-seq技术，不仅能够深入探究转录的动态特性，还能揭示转录信号的起源和传播，为转录调控机制和增强子在基因表达中作用的研究提供了有力的工具。总之，scGRO-seq技术的提出和应用，为研究者理解基因表达的复杂性和动态性提供了新的手段，也为未来的生物学研究开辟了新的方向。
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  • 《新的工具使用RNA测序来绘制细胞和组织功能的丰富地图》
    • 来源专题：人类遗传资源和特殊生物资源流失
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-04-04
    • 麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad Institute of MIT)的科学家开发了一项新技术，以前所未有的视角研究了组织的细胞组织。这种方法被称为Slide-seq，它利用基因测序技术绘制出详细的组织三维地图，不仅可以显示细胞类型，还可以显示细胞的位置和功能。 由于不需要专门的成像设备，这项技术可以被生物学、遗传学和医学的不同领域的科学家所使用，他们想要研究组织的细胞结构，或者观察特定的基因在组织、器官甚至整个有机体中的活跃位置。 不同细胞类型小鼠组织的seq重建图(从左上角顺时针方向:肝、嗅球、肾、小脑) 由Macosko和Chen实验室提供。 这样一个平台提供了无与伦比的观点，组织的细胞结构，基因在不同的组织中扮演的角色，以及伤害或其他干扰对组织的影响，给研究人员丰富的组织功能地图，这是以前从未可能的。 Slide-seq方法是由布罗德副会员、哈佛大学精神病学助理教授埃文•马科斯科(Evan Macosko)和布罗德施密特研究所(Schmidt)研究员陈飞(Fei Chen)的实验室开发的。 这项研究发表在《科学》杂志网络版上。 19世纪，神经生物学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal)用他对人体组织的详细描绘震惊了科学界，他证明了大脑是由单个细胞组成的。20世纪中期抗体的发展使得研究人员能够一次观察细胞和组织中的蛋白质。近年来，RNA测序已使科学家能够识别组织中存在哪些细胞类型，以及基因组中哪些基因被激活，但无法确定这些细胞的确切位置。 Slide-seq可以看作是这种技术进化的最新进展。 这项技术始于一种涂有橡胶涂层的玻片，或称“puck”，它充满了微粒或“珠子”，上面覆盖着独特的DNA条形码。布罗德团队对每一个条形码进行测序，生成数据，之后用户就可以确定序列读取从珠子阵列的哪个位置开始。 “这就像蜂窝形式的GPS，”罗伯特斯蒂克尔斯(Robert Stickels)说。我们预先完成所有成像和阵列生成，并将阵列提供给最终用户，因此他们不需要在显微镜方面有专门的专业知识。” 在Broad公司提供的几小时的工作中，研究人员可以将新鲜冷冻的组织切片转移到珠表面并溶解组织，使mRNA转录本与条形码珠结合。然后在商用仪器上对条形码RNA文库进行测序。由Broad团队开发并提供给终端用户的软件为每个测序读取指定位置，可以绘制出高分辨率的细胞类型或基因表达图谱，信息比标准显微镜图像丰富。 为了证明该工具的功能，研究小组使用幻灯片seq来定位小鼠大脑小脑和海马区的细胞类型，突出显示了包括一层细胞厚的细胞在内的详细结构。将Slide-seq应用于小鼠小脑切片，研究小组揭示了组织中基因活动的变化带，这些模式表明了传统单细胞测序无法识别的空间定义的亚群。 左侧为核染色的小鼠大脑;中间:用不同细胞类型的颜色显示小鼠大脑的Slide-seq重建;最右侧:幻灯-seq显示出室管膜细胞单层(蓝色)，它将脑脊液与周围脑组织分离。 由陈和马科斯科实验室提供。 研究小组还表明，Slide-seq可以用来测试微扰的影响，用它来监测创伤性脑损伤小鼠模型中特定细胞类型的反应。通过对数据进行筛选以显示单个基因的表达，他们发现，即使在损伤发生很久之后，神经元也会根据损伤的邻近程度启动一些基因。 研究人员还证明，将一系列组织切片堆叠起来，通过生成小鼠海马的三维动画重建，可以显示出三维的组织组织和细胞功能，可以自定义地显示不同的细胞类型或单个基因的表达。 “单细胞RNA测序真的能很好地告诉你样本中有哪些细胞，”共同第一作者塞缪尔·罗德里克斯(Samuel Rodriques)说。“但Slide-seq是一个全新的工具，它通过告诉我们细胞在组织中的位置，增加了一个完全不同的维度。我们很高兴能与许多领域的合作者合作，回答一些新的科学问题。” 左侧为核染色的小鼠大脑;中间:用不同细胞类型的颜色显示小鼠大脑的Slide-seq重建;最右侧:幻灯-seq显示出室管膜细胞单层(蓝色)，它将脑脊液与周围脑组织分离。 由陈和马科斯科实验室提供。 研究小组还表明，Slide-seq可以用来测试微扰的影响，用它来监测创伤性脑损伤小鼠模型中特定细胞类型的反应。通过对数据进行筛选以显示单个基因的表达，他们发现，即使在损伤发生很久之后，神经元也会根据损伤的邻近程度启动一些基因。 研究人员还证明，将一系列组织切片堆叠起来，通过生成小鼠海马的三维动画重建，可以显示出三维的组织组织和细胞功能，可以自定义地显示不同的细胞类型或单个基因的表达。 “单细胞RNA测序真的能很好地告诉你样本中有哪些细胞，”共同第一作者塞缪尔·罗德里克斯(Samuel Rodriques)说。“但Slide-seq是一个全新的工具，它通过告诉我们细胞在组织中的位置，增加了一个完全不同的维度。我们很高兴能与许多领域的合作者合作，回答一些新的科学问题。”
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