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《Cell |开发新一代谱系追踪小鼠和多组学谱系追踪技术》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2023-10-18

  • 2023年10月17日，哈佛医学院波士顿儿童医院的李莉博士，Fernando Camargo教授和西湖大学的王寿文研究员在Cell杂志发表题为 A mouse model with high clonal barcode diversity for joint lineage, transcriptomic, and epigenomic profiling in single cells 的研究论文，开发了新一代谱系追踪小鼠DARLIN，以及多组学谱系追踪技术Camellia-seq。

    这项技术为系统理解细胞的分化、发育、迁移、稳态等一系列重要问题提供了全新的手段。

    本文内容转载自“BioArt”微信公众号。

    原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/GatRkUhPXYpSb2MAxArrzQ

  • 原文来源：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423010401
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  • 《上海生科院创建更精准谱系示踪技术》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：huangcui
    • 发布时间：2017-12-15
    • 近日，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组的科研成果，以 Enhancing the precision of genetic lineage tracing using dual recombinases 为题，在线发表在 Nature Medicine 上。该研究将 Dre-rox 同源重组系统引入到传统的基于 Cre-loxP 同源重组系统的遗传谱系示踪技术中，有效地规避了由于 Cre 表达的不特异性而导致的非特异性（“异位”）同源重组，实现了更为精准的遗传谱系示踪，为发育、干细胞及再生等领域的深入研究奠定了可靠的技术基础。 遗传谱系示踪技术是揭示特定类型细胞在发育、疾病和再生中转分化现象的有效研究方法，目前，体内的细胞追踪技术主要基于 Cre-loxP 同源重组系统。在含有 Cre 的转基因小鼠中，Cre 由于在特性基因的启动子驱动下，表达在特定的细胞类群中，当 Cre 小鼠与含有 loxP 位点的报告基因小鼠交配时，Cre 通过识别 loxP 位点，将两个 loxP 位点之间的终止序列切除，从而使含有 Cre 的细胞类群表达出报告基因，由于这种切除是位于基因上的，从而是永久性的和不可逆的，因此，所有表达 Cre 的细胞类群及其后代（无论是否表达 Cre）都将永久的被报告基因蛋白标记上，因此，利用该细胞追踪技术可以解析特定细胞的起源和命运。 尽管基于 Cre-loxP 系统的遗传谱系示踪技术是研究发育、疾病、再生等过程细胞命运可塑性的强大利器，但它本身也存在技术瓶颈。该技术的准确性主要依赖于 Cre 表达的特异性，如果有微量的 Cre 表达在了非靶向细胞中即为所谓的异位表达，那么谱系示踪结果的可靠性将降低，而这也成为近年来很多科学问题出现争议的主要原因之一。 为了解决这一技术瓶颈，周斌研究组开发了一种新的谱系示踪技术，称为 DeaLT（Dual-recombinase-activated lineage tracing），该技术将 Dre-rox 同源重组系统与传统的 Cre-loxP 同源重组系统结合，Dre-rox 介导的同源重组反应在可能引起 Cre 异位表达的细胞中将 Cre 重组酶的识别位点 loxP 切除掉，有效地阻止 Cre-loxP 的异位同源重组，增加 Cre-loxP 介导的谱系示踪结果的准确性。该系统包含两种策略，分别是 DeaLT-IR 和 DeaLT-NR。DeaLT-IR 策略的报告基因小鼠上包含的两个 loxP 位点和两个 rox 位点以交错形式存在（loxP-rox-loxP-rox），该策略适合组成性 Dre 与诱导性 Cre 相结合；而 DeaLT-NR 策略报告基因小鼠上的 loxP 位点和 rox 位点以嵌合的形式存在（rox-loxP-loxP-rox），该策略适合诱导性 Dre 和诱导性 Cre 相结合。 系统创建后，周斌研究组首先利用 DeaLT-IR 策略解决成体心脏 c -Kit+ 心脏干细胞的问题。成体 c -Kit+ 干细胞是否能够分化形成心肌细胞之所以存在争议，主要由于 c -Kit 除了表达在非心肌细胞中以外，本身还微量地表达在心肌细胞中，传统的示踪技术利用 Kit-CreER 无法做到单纯示踪 c -Kit+ 干细胞，而利用新开发的 DeaLT 系统阻断了心肌细胞中 Kit-CreER 的同源重组反应，实现非心肌细胞中 c -Kit+ 干细胞特异性的遗传谱系示踪。结果发现，c-Kit+ 干细胞在成体心脏生理稳态和损伤修复过程中均不会分化形成心肌细胞，主要是通过血管新生参与心脏修复。此外，利用 DeaLT-NR 系统解决了肝脏领域有关 Sox9+ 肝组细胞能否转分化形成肝细胞的争议问题，造成该争议的原因是 Sox9 除了表达在胆管上皮细胞中还少量的表达在胆管周围的肝细胞里面，传统的谱系示踪技术利用 Sox9-CreER 标记了胆管上皮细胞和胆管周围的一部分肝细胞，因此很难判断损伤后 Sox9-CreER 标记的新生成的肝细胞到底来自哪一部分。DeaLT 技术阻断 Sox9-CreER 在肝细胞中的同源重组反应，实现 Sox9+ 胆管上皮细胞中特异性的遗传谱系示踪，结果发现在肝脏生理稳态和损伤修复过程中 Sox9+ 胆管上皮细胞并不会转分化形成肝细胞。DeaLT 策略不仅提供更精确的 Cre 重组酶的控制，并为 Cre 表达细胞的谱系追踪设定更高的技术标准，但它也足够灵敏以检测体内谱系转换事件。以肝损伤后肝细胞转分化形成胆管上皮细胞为例，DeaLT 策略能清楚地展现肝损伤后肝细胞能够转分化形成胆管上皮细胞的过程。因此，这种新策略可用于揭示细胞命运转变，也严格控制潜在的非靶向细胞表达 Cre 介导的异位谱系追踪，为多个研究领域更准确地解析细胞起源和命运提供了有效手段。 研究工作得到了中国科学院、基金委、科技部以及上海科委等的支持。
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  • 《Nature | 新技术追踪人类体内造血干细胞谱系演化》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-01-25
    • 2024年1月22日，麻省理工学院Jonathan Weissman团队和哈佛大学医学院Vijay Sankaran团队在Nature上发表了题为Deciphering cell states and genealogies of human hematopoiesis的文章。 造血干细胞作为血液和免疫细胞的持续生产源，其克隆行为和子克隆多样性与血液疾病、癌症治疗以及衰老过程有密切联系，对于推动再生医学和精准治疗具有重大意义。然而，当前技术在追踪和解析个体HSC克隆及其后代的能力上仍然相当局限。为了深入揭示这些干细胞如何在健康和疾病状态下贡献于造血过程，我们迫切需要一种能够直接对人体体内过程进行详细的谱系追踪并在单细胞水平上同时提供丰富的细胞状态信息的综合技术。这样的技术不仅能增强我们对人类干细胞在人体内的功能及行为的理解，并且对任何体细胞演化过程，如癌症发生及转移有重要意义。 作者开发了ReDeeM技术，深度捕捉单细胞自然条形码，实现了高精度谱系追踪与多组学分析的有效结合。该技术基于10X Genomics平台的单细胞多组学技术，最大化线粒体DNA（mtDNA）覆盖率，并利用独特分子标识符（Unique Molecular Identifier，UMI）显著提高了自然条形码检测的灵敏度和准确性，从而能够检测到低异质性的罕见mtDNA突变，最终实现单细胞水平重构谱系树，并在谱系树中整合转录组和表观遗传组信息以展示了它们的功能状态和表观遗传调控模式。 ReDeeM技术实现了在人体体内高精度谱系追踪与多组学的整合分析，揭示了在年轻与衰老过程中人类HSC克隆及亚克隆结构多样性以及行为偏好性。该技术有望普遍应用于其他生物系统，能够深入研究体细胞在不同生物学背景下的演化过程。
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