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文献解读 | 10X Genomics单细胞转录组测序在构建细胞图谱中的应用

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浏览:- 发布日期:2018-11-29 15:43:17【

前 言

前期,我们已经为大家介绍了10X Genomics 单细胞转录组测序在肿瘤异质性、干细胞分化以及胚胎发育中的案例解析。除了以上这些研究方向,10X Genomics单细胞转录组测序最直接的应用就是单细胞水平上重新定义细胞类型,构建细胞图谱。

本次将为大家带来三篇单细胞图谱类型的文献案例,分别为:

  1. 构建乳腺癌微环境中免疫细胞图谱
  2. 构建果蝇大脑衰老模型图谱
  3. 构建涡虫整个个体全部细胞图谱

案例一

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

Single-Cell Map of Diverse Immune Phenotypes in the Breast Tumor Microenvironment

传统的检测方法,取样来自一大堆细胞,低估了单个免疫细胞的多样性。分析免疫细胞遗传物质的多样性以及病原体导致免疫细胞的高度异质性,从而理解机体复杂的免疫机制,并且可以鉴定稀有的免疫细胞类型及发现新的分子标记等。

1.基本信息

材料:免疫细胞(肿瘤、癌旁、淋巴结和血液;8例共14个样本)

方法:10× Genomics单细胞转录组测序、10× Genomics V(D)J分析

期刊:Cell

影响因子:31.398

2.研究目的

探究肿瘤微环境中免疫细胞的表型特征

3.技术路线



4.研究结果

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个细胞亚群。其中包括38个T细胞亚群、9个B细胞亚群、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特异的表型扩展。对27,000多个T细胞的TCR信息和对应的基因表达谱信息进行分析,结果揭示了TCR组合使用对表型多样性变化的影响。该研究结果有助于了解免疫细胞在肿瘤中的作用机制。

△ 乳腺免疫细胞聚类结果图谱

案例二

利用单细胞测序绘制果蝇衰老大脑的转录组图谱

A Single-Cell Transcriptome Atlas of the Aging Drosophila Brain

很大程度上大脑中细胞的类型和调控状态的多样性是未知的,通过单细胞转录组测序可以获得复杂的脑细胞的基因表达谱,解析不同亚群脑细胞特定的功能。

1.基本信息

材料:8个时间点,共40只果蝇大脑

方法:10× Genomics单细胞转录组测序、SMART-seq 2、ATAC-seq

期刊:Cell

影响因子:31.398

2.研究目的

果蝇大脑中只含有约100,000多个细胞且85 % - 90 %为神经细胞,是研究大脑功能的理想材料。本研究借助10× Genomics单细胞转录组测序探究果蝇衰老过程中大脑每一个细胞的转录图谱动态特征。

3.技术路线

4.研究结果

对果蝇脑组织进行单细胞转录组测序,共聚类得到87个细胞亚群。发现在衰老进程中,神经元细胞类型不变,但细胞中RNA的量呈现指数下降,并非所有的细胞按照相同方式老化。最后,作者利用机器学习的方法,可以通过细胞的表达谱特征准确预测细胞的年龄。


△ 果蝇脑组织聚类结果图谱

案例三

利用单细胞测序探究涡虫细胞类型转录组谱

Cell type transcriptome atlas for the planarian Schmidtea mediterranea

大部分的单细胞测序研究报道是基于组织样品或者细胞样品,选用合适的物种,则可以利用单细胞转录组测序从整体水平上探究个体所有类型细胞的复杂功能,构建个体细胞表达图谱。

1.基本信息

材料:地中海圆头涡虫

方法:FACS、Drop-seq

期刊:Science

影响因子:41.058

2.研究目的

细胞的转录组决定了其独特的生物学功能,作者想要研究整个动物个体中每类细胞的表达谱特征。涡虫含有很多细胞类型,具有分化细胞(包括多能干细胞)的谱系祖细胞,并且组成性地表达位置信息,使其成为研究完整动物个体细胞表达谱的理想选择。

3.技术路线


4.研究结果

文章通过单细胞转录组测序,聚类得到44个细胞亚群共66783个细胞。通过转录组的表达特征对已知和未知的细胞类型进行定义,以及获得干细胞和分化细胞间的转换状态。此外,作者还发现了在肌肉中能够提供位置信息的表达基因。本文结果为研究整个动物个体细胞的表达谱奠定基础,对后生动物学的研究提供强有力的方法。

参考文献

1.Azizi E, Carr A J, Plitas G, et al. Single-cell map of diverse immune phenotypes in the breast tumor microenvironment[J]. Cell, 2018, 174(5): 1293-1308.

2.Davie K, Janssens J, Koldere D, et al. A single-cell transcriptome atlas of the aging Drosophila brain[J]. Cell, 2018, 174: 1-17.

3.Fincher C T, Wurtzel O, de Hoog T, et al. Cell type transcriptome atlas for the planarian Schmidtea mediterranea[J]. Science, 2018.

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