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单细胞测序技术的应用

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单细胞测序技术的应用

发布日期:2021-06-04 作者: 点击:

我们以前提到单细胞技术的发展历程,知道许多研究者为此付出了巨大的努力,那他们为什么如此执着单细胞技术呢?单细胞技术又有哪些方面的应用呢?本文将一一为你解答。


我们生物学许多研究都从RNA开始,因为RNA表达是细胞表型和功能的关键因素,它可以调节细胞的身份和命运。我们常规的RNA测序,就是Bulk 测序,得到结果是样品中所有细胞的平均RNA水平,掩盖了了细胞的异质性。

但细胞异质性正是我们理解生物体复杂性的基础,在任何组织或细胞培养物中,细胞与细胞的差异,都是其生物状态和功能的基本特征,单细胞研究可以使这种深入了解成为可能。


用专业术语说,就是Bulk测序分辨率不够,不能从分子水平上确定细胞的异质性,只有单细胞测序才可以。如下图,显示的是t-SNE的二维视图,其中每一个点都是基于多维信息聚类的单个细胞,不同颜色是为不同类型的细胞,这些类型是通过细胞标志物来进行区分的。所以我们说对异质性生物样本的准确表征,只能通过单细胞研究来实现。

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研究单细胞异质性,有什么用呢?

首先在基础研究上,通过识别组织的细胞群异质性,能够表征复杂的组织类型;

其次在临床研究上,可以通过表征和识别细胞(群)的异质性,揭示健康和患病的组织;

再次在发育研究上,可以发现新的细胞类型、细胞状态、以及稀有细胞类型,对发育过程有更准确的了解。


下面我们通过几篇文章,举例谈谈单细胞测序能干啥?研究思路又是怎样的?

记得上次谈过一篇文章,是今年4月中科院植物生理生态学研究所王佳伟团队刚发表在《Nature Communications》上的文章,它是究水稻水稻胚根发育的分子机制。

他们就是利用单细胞技术就是研究水稻胚根发育的,通过对水稻胚根进行单细胞解离和单细胞转录组测序,经过生信分析得到胚根的单细胞图谱,再对某一类细胞进行进一步分析,通过拟时间分析,发现了组织分化的轨迹,最后揭示了水稻胚根发育分子机制。流程如下:

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再谈一篇文章,聊聊识别异质性细胞群在临床疾病上的贡献。

今年5月5日,上海肺科医院周彩存团队在Nature Communications杂志在线发表了一篇研究肺癌的文章,“Single-Cell Profiling of Tumor Heterogeneity and Its Microenvironment in Advanced Non-small Cell Lung Cancer”。该研究用单细胞测序技术全面解析了42例晚期NSCLC病人的穿刺样本,分别从肿瘤细胞异质性、基质和免疫细胞表型、浸润以及相互作用微环境等多个方面全面表征了晚期NSCLC患者的疾病特征。

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这篇文章的思路非常简单,通过对肺癌样品的单细胞分析,把肺癌组织中的所有细胞进行聚类分析,从而找到肿瘤细胞及与肿瘤细胞密切相关的细胞,通过进一步分析,还能找出肺癌发生的细胞转化顺序和分子机制。


最后这里做一个单细胞测序结果分析总结吧,

QQ图片20210604164628.png

通过细胞聚类分析,可以分析样品中的细胞类别情况,及可视化细胞聚类图。然后通过差异基因分析,可筛选出目标研究对象——某类型细胞,然后对该类细胞进行进一步富集分析,研究该细胞的基因表达调控、功能分化方向,甚至细胞间相互作用,从而在单细胞层面上挖掘出精准而深层次的内在关系。


2018年单细胞技术被science杂志评为年度技术,指的并不是就仅仅单细胞测序,而是单细胞多组学技术的组合,他能从多角度深层次的研究生物的机理,下一篇推文将介绍单细胞技术的其他应用。


本文网址:http://www.igenebook.com/news/592.html

关键词:单细胞测序技术,10Xgenomics

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