2020-07-30
自2017年，“人類細胞圖譜計劃”啟動以(yi)來，單細胞測(ce)序技術越來越受(shou)到科學家的(de)青睞。
單(dan)細(xi)(xi)胞(bao)轉(zhuan)錄組(zu)(zu)測(ce)序相比(bi)于常規的(de)(de)整體的(de)(de)轉(zhuan)錄組(zu)(zu)測(ce)序，將視角聚焦到每一個(ge)單(dan)獨的(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)，從轉(zhuan)錄組(zu)(zu)角度揭(jie)示了(le)細(xi)(xi)胞(bao)之間的(de)(de)差別和聯系(xi)，解析組(zu)(zu)織內部的(de)(de)異質性。僅(jin)從10x genomics平臺的(de)(de)數據統計就可以看(kan)出，自(zi)2017到目前為止， 10x genomics單(dan)細(xi)(xi)胞(bao)轉(zhuan)錄組(zu)(zu)發表文獻就有1015篇。
除了在單(dan)個細(xi)胞(bao)水平去解(jie)(jie)決(jue)(jue)組(zu)(zu)織異(yi)(yi)質(zhi)性(xing)問(wen)題，細(xi)胞(bao)間(jian)的(de)空間(jian)位(wei)置無疑是決(jue)(jue)定組(zu)(zu)織異(yi)(yi)質(zhi)性(xing)的(de)另一個重(zhong)(zhong)要(yao)因素。針對這一重(zhong)(zhong)要(yao)問(wen)題，10x genomics在2019年推出(chu)了革新的(de)空間(jian)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)(zu)技術，首次(ci)將目(mu)(mu)光聚(ju)焦到組(zu)(zu)織內(nei)部的(de)精確空間(jian)范圍內(nei)，揭示空間(jian)范圍內(nei)的(de)轉(zhuan)錄(lu)組(zu)(zu)信(xin)息，為(wei)科研(yan)工(gong)作者提供轉(zhuan)錄(lu)譜(pu)信(xin)息，有助于揭示精確空間(jian)范圍內(nei)發生(sheng)的(de)信(xin)號(hao)傳導通路和(he)細(xi)胞(bao)行(xing)為(wei)，解(jie)(jie)析目(mu)(mu)標生(sheng)物學過程(cheng)的(de)更深層(ceng)次(ci)的(de)分子機制。
既然空間轉(zhuan)(zhuan)錄組這(zhe)么熱，那么就讓咱們帶著幾個問(wen)題(ti)去了(le)解下空間轉(zhuan)(zhuan)錄組的相關信(xin)息，做(zuo)個簡單的入門：
為什(shen)么要做空間轉(zhuan)錄組？
以腫瘤(liu)微(wei)環(huan)境(jing)為例，提(ti)出一(yi)系列的(de)(de)(de)生物學(xue)問(wen)題。例如(ru)，哪一(yi)些細(xi)胞類(lei)型激活了(le)怎樣的(de)(de)(de)信號(hao)通路在(zai)特(te)定(ding)部位促進了(le)腫瘤(liu)干(gan)細(xi)胞的(de)(de)(de)產生？腫瘤(liu)細(xi)胞以及(ji)臨近的(de)(de)(de)腫瘤(liu)相關(guan)成(cheng)(cheng)纖維細(xi)胞(CAF)如(ru)何影響周圍細(xi)胞，促進腫瘤(liu)發展？免疫(yi)(yi)細(xi)胞如(ru)何感知微(wei)環(huan)境(jing)的(de)(de)(de)局部信號(hao)，招募更多的(de)(de)(de)免疫(yi)(yi)細(xi)胞，促進免疫(yi)(yi)浸潤以及(ji)在(zai)腫瘤(liu)附近形成(cheng)(cheng)三級淋(lin)巴結構，介導腫瘤(liu)免疫(yi)(yi)反應(ying)？腫瘤(liu)細(xi)胞如(ru)何抵制附近不同(tong)類(lei)別的(de)(de)(de)免疫(yi)(yi)結構，完成(cheng)(cheng)腫瘤(liu)轉移等(deng)(deng)等(deng)(deng)。以往的(de)(de)(de)mRNAseq以一(yi)個(ge)腫瘤(liu)組(zu)織作(zuo)為個(ge)體進行測序(xu)，無法揭示內(nei)部精(jing)確(que)的(de)(de)(de)信號(hao)傳(chuan)(chuan)導過(guo)程(cheng)(cheng)，針對以上的(de)(de)(de)問(wen)題，無法給出明確(que)的(de)(de)(de)答(da)案(an)。通過(guo)單細(xi)胞測序(xu)和空(kong)間轉錄(lu)組(zu)測序(xu)，則可以揭示非常精(jing)確(que)全面的(de)(de)(de)表達(da)譜信息，幫助研究(jiu)者(zhe)分析特(te)定(ding)空(kong)間位置(zhi)、特(te)定(ding)細(xi)胞類(lei)型、特(te)定(ding)生物學(xue)過(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)信號(hao)傳(chuan)(chuan)導過(guo)程(cheng)(cheng)，揭示其分子(zi)機(ji)理。
空間轉錄組(zu)測序(xu)是什么原理？
10X空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)轉錄組(zu)測(ce)(ce)序主要在含有(you)空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)barcode的(de)(de)玻片(pian)上完成(cheng)。冷凍(dong)切片(pian)的(de)(de)樣(yang)本放在此玻片(pian)上，組(zu)織透化后樣(yang)本的(de)(de)mRNA與(yu)玻片(pian)上的(de)(de)含有(you)空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)barcode的(de)(de)polyT捕獲序列(lie)結(jie)合(he)，不同的(de)(de)mRNA都標記上了(le)(le)(le)(le)各自的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)信(xin)息(xi)，針對這些mRNA進行(xing)cDNA合(he)成(cheng)、建庫(ku)和測(ce)(ce)序。測(ce)(ce)序結(jie)果中除了(le)(le)(le)(le)基(ji)因表達的(de)(de)信(xin)息(xi)外，也(ye)包含每個基(ji)因的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)信(xin)息(xi)，將此結(jie)果重新mapping到(dao)HE染色的(de)(de)圖片(pian)中，研(yan)究者(zhe)可(ke)以(yi)非常直觀(guan)地看(kan)到(dao)感興(xing)趣(qu)地區(qu)域內表達了(le)(le)(le)(le)哪些基(ji)因，激(ji)活(huo)了(le)(le)(le)(le)哪些信(xin)號(hao)通路，可(ke)能與(yu)周圍的(de)(de)區(qu)域發(fa)生怎么樣(yang)的(de)(de)細(xi)胞間(jian)(jian)(jian)通訊等一系(xi)列(lie)過程(cheng)；當然，研(yan)究者(zhe)也(ye)可(ke)從另一方面進行(xing)分(fen)析(xi)，感興(xing)趣(qu)的(de)(de)基(ji)因或(huo)信(xin)號(hao)傳(chuan)導過程(cheng)，發(fa)生在哪個區(qu)域，這些區(qu)域可(ke)以(yi)成(cheng)為研(yan)究對象揭示其(qi)它基(ji)因的(de)(de)表達以(yi)及其(qi)它信(xin)號(hao)通路的(de)(de)激(ji)活(huo)。有(you)了(le)(le)(le)(le)空(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)轉錄組(zu)測(ce)(ce)序的(de)(de)結(jie)果，大(da)大(da)拓展了(le)(le)(le)(le)思維的(de)(de)廣度，幫(bang)助提(ti)出(chu)和解決更多的(de)(de)、更深(shen)入的(de)(de)生物學問題(ti)。
這一切，研究者需要提供的只是一個OCT包埋的樣本。
怎(zen)么做空間轉錄組測序(xu)？
10X空間(jian)轉錄(lu)組(zu)測(ce)序(xu)的優勢有哪(na)些？
目前可(ke)揭示(shi)空(kong)(kong)間(jian)(jian)信息的(de)(de)分析方法還包括(kuo)基于顯微切割的(de)(de)RNA測序(xu)和(he)免疫(yi)(yi)熒光等。然而，顯微切割RNA測序(xu)無(wu)法給出測序(xu)樣本內部的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)信息，即丟(diu)失了研究(jiu)者(zhe)關注的(de)(de)組(zu)織內部的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)信息，而免疫(yi)(yi)熒光只(zhi)能針對(dui)已知(zhi)基因(yin)(yin)進行表(biao)達模式的(de)(de)驗證，對(dui)于未知(zhi)基因(yin)(yin)的(de)(de)揭示(shi)則束手無(wu)策，此外，針對(dui)信號通路中的(de)(de)多個基因(yin)(yin)進行表(biao)達模式驗證，免疫(yi)(yi)熒光則顯得既(ji)耗時又燒錢。10X空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉錄組(zu)測序(xu)解(jie)(jie)決了以上(shang)問(wen)(wen)題，在研究(jiu)者(zhe)感興趣的(de)(de)區(qu)域內，揭示(shi)所有(you)基因(yin)(yin)的(de)(de)表(biao)達模式。如果研究(jiu)者(zhe)的(de)(de)工作中涉(she)及到(dao)多次(ci)免疫(yi)(yi)熒光，那么，可(ke)以考慮以下是否用(yong)空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉錄組(zu)測序(xu)一步到(dao)位(wei)，解(jie)(jie)決所有(you)問(wen)(wen)題。就像用(yong)RNA測序(xu)代替RT-PCR的(de)(de)解(jie)(jie)決方案一樣。
10X空間轉錄組測序能發(fa)什么水平的(de)文章(zhang)?
目前階段，10X空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)(ce)序仍處于新技(ji)術的(de)紅(hong)利期，只對樣(yang)(yang)本(ben)(ben)進(jin)(jin)行測(ce)(ce)序分析，不需(xu)要進(jin)(jin)行復雜(za)的(de)生物(wu)學驗證，即(ji)可以(yi)發表CNS級別的(de)文章。例如，2019年，science雜(za)志發表了針(zhen)對肌萎(wei)縮的(de)小鼠和病人的(de)脊髓樣(yang)(yang)本(ben)(ben)進(jin)(jin)行空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)(ce)序分析。2019年，cell雜(za)志發表了針(zhen)對人胚胎組織(zhi)樣(yang)(yang)本(ben)(ben)的(de)心臟(zang)組織(zhi)進(jin)(jin)行空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)(ce)序分析。2020年，nature biotechnology雜(za)志發表了針(zhen)對胰腺癌樣(yang)(yang)本(ben)(ben)進(jin)(jin)行的(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)轉(zhuan)錄(lu)組測(ce)(ce)序分析。
以(yi)上文章(zhang)通過(guo)新技(ji)術，結合(he)簡單的(de)免疫(yi)熒(ying)光驗證，解(jie)釋(shi)了精確(que)的(de)生物學問題(ti)，獲得了一(yi)流期刊的(de)高度認可。
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