技术介绍

单细胞转录组测序(Single-cellRNA-sequencing, scRNA-seq) 是在单个细胞水平对mRNA进行高通量测序的一项新技术,其原理是将多细胞生物分离的单个细胞中微量转录组mRNA 通过高效扩增后再进行高通量测序。scRNA-seq能够有效解决组织样本无法解决的细胞异质性难题以及常规RNA-seq 被掩盖的细胞群内转录组异质性难题,有助于发现新稀有细胞类型,并深入了解发育或癌变过程中表达调控机制。近年来,已有多种单细胞测序技术及平台得到应用,基于液滴技术平台的10xGenomics凭借其单次成千上万的细胞通量、周期短及成本低等优势,成为目前主流的单细胞转录组测序平台。

产品优势

·细胞通量高:能同时制备8个样本单细胞文库,每个样本细胞数范围为100-80,000个;
·项目周期短:10min内实现对上万个细胞的封装,1天内即可完成细胞悬液制备、单细胞捕获、扩增及建库,且可同时获得上万个细胞分析结果,大大缩短项目周期;;
·捕获效率高:单个细胞捕获效率高达65%,高效捕获每个细胞中的表达基因;
·真正意义的单个细胞:单个液滴捕获到多个细胞的概率极低0.9%/1000cells,分析上通过严格质控,利用Barcode信息及UMI文库设计,实现真正意义上的单细胞测序;
·应用范围广:适用于动物、植物新鲜细胞及冻存样品;;
·价格优惠:相较于其他单细胞平台性价比高。

实验流程

分析流程

案例解析

1.单细胞转录组测序揭示乳腺癌微环境中免疫细胞的表型特征

对FACS分选出的免疫细胞进行单细胞转录组测序,共鉴定出83个免疫细胞亚群。其中包括38个T细胞亚群、27个骨髓谱系细胞亚群、9个B细胞亚群和9个自然杀伤细胞亚群等。比较肿瘤和正常组织中免疫细胞的表达谱结果发现,两者之间的免疫细胞表达谱具有显著的相似性,但肿瘤免疫细胞观察到表型异质性的增加和细胞群体的扩增。该研究结果有助于了解免疫细胞在肿瘤中的作用机制。

单细胞整合UMAP分别按按样品(左图)和细胞类群(右图)展示

2.人类早期妊娠细胞图谱揭示母体免疫系统受到发育中胎盘细胞影响

科学家从妊娠6~14周的母-胎连接处获得了约70000个单细胞,这些细胞包括胎盘滋养层细胞和母体蜕膜细胞。利用基因组学和生物信息学方法,他们分选出了不同的细胞类型,并通过RNA测序和DNA测序鉴定不同细胞内分别启动了哪些基因。
为了理清母体细胞和胎盘细胞之间的相互交流,研究人员开发了数据库和统计工具(CellPhone),基于细胞表面配体-受体相互配对的关系,可以预测不同细胞类型有哪些特异的细胞间调节作用。他们由此发现,在妊娠早期的胎盘和蜕膜界面处,胎儿的细胞和母亲的细胞在分子层面上有信号交流。

图注:
a)单细胞UMAP分群展示
b)不同时期marker表达热图
c)核心基因网络图
d)Ligand-receptor互作展示

3.小鼠胚胎干细胞能够自形成具有神经管和体节的象鼻状结构

多能小鼠胚胎干细胞(mESCs)形成聚集体,将其嵌入细胞外基质化合物中后会诱导形成高度组织化的“象鼻状结构”(TLS),包括神经管和体节。比较性单细胞RNA测序分析证实该过程与小鼠发育高度相似,并且遵循相同的逐步基因调节程序。

图注:
a)单细胞UMAP分群展示
b)不同时间点细胞类型比例变化
c)单细胞RNA velocity推断发育轨迹
d)发育轨迹相关基因表达变化热图/p>

4.人与小鼠大脑皮层保守细胞的非保守性

利用单核RNA测序方法对人类皮层颞中回细胞类型进行综合研究,鉴定出了人类大脑皮层某区域中的75种不同细胞类型,通过与小鼠类似脑区进行比较,发现二者在结构和细胞类型方面的相似性和差异性。通过分析发现,高度多样化的兴奋性和抑制性神经元是稀少的,特别是兴奋性类型的层数限制比预期的要少。与小鼠皮质单细胞RNA测序数据库比较发现了人与小鼠间非常保守的细胞结构,利用这种保守细胞结构特征可以匹配同源类型以及预测人类细胞类型的特性。

图注:
a)不同细胞类群典型marker提琴图展示
b)跨物种整合分析tSNE图
c)兴奋性神经元跨物种同源性比较
d)人鼠同源基因表达模式差别热图

参考文献:
[1]. Azizi E, Carr AJ, Plitas G, Cornish AE, Konopacki C, Prabhakaran S, et al. Single-Cell Map of Diverse Immune Phenotypes in the Breast Tumor Microenvironment. Cell. 2018;174(5):1293-308.e36.
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文献速递

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