单细胞转录组+全外显子联合
单细胞测序技术的出现,为疾病和癌症的研究提供了新思路。随着该技术的不断发展,其在各领域的研究也不断深入。现在的科研已经开始从单一组学的研究逐渐过渡到多组学联合使用,从而能从多层面共同解析生物学意义。全外显子测序与单细胞测序技术联合分析,从基因组学可助力寻找疾病、癌症的风险基因,单细胞技术可进一步识别风险基因在细胞层面的差异,强强联合,进一步阐释疾病发生、发展机制。本期小编为您整理了单细胞转录组与全外显子研究思路。看一下全外显子和单细胞技术联合分析在疾病及癌症研究中是如何开展的。
单细胞+全外显子组案例分析
研究主题:多组学方法揭示转移性皮肤淋巴瘤基因组及蛋白标志物动态变化,开创全新治疗策略
发表时间:2022年5月
发表期刊:Cancer Discovery(IF 38.2)
应用技术:单细胞转录组测序+全外显子组测序+多重免疫荧光
主要研究结果:
该研究专注于研究tCTCL样本,做了70个皮肤活检组织的全外显子组测序(WES),16个皮肤活检组织的单细胞测序(ScRNA-seq),以及80个样本组织芯(64个tCTCL样本+其它未发生LCT的PP样本)制作成的组织芯片(TMA)的多重免疫荧光实验。本文在实验手段上并不复杂,但首次从多组学角度、测序+验证的手段相结合来阐述了tCTCL患者疾病组织的特征和发生发展的关键机制。文章仅通过三种实验手段(单细胞测序、全外显子组测序、多重免疫荧光),从基因组、转录组、蛋白质3个层面,全面阐述了皮肤T细胞淋巴瘤的多组学图谱以及疾病相关机制差异,共同发现了疾病关键的驱动事件、预后突变特征、不同的致癌程序以及LCT转变过程中恶性T细胞所利用的潜在受体-配体相互作用。
图1 文章思路设计
研究主题:原发性和转移性结直肠癌肿瘤的单细胞基因组和转录组概况
发表时间:2022年8月
发表期刊:Genome Medicine(IF 15.2)
应用技术:全基因组测序+多区域全外显子组测序+单细胞转录组测序
主要研究结果:
结直肠癌(CRC)是全球癌症相关死亡的第二大原因,转移是癌症相关死亡的主要原因。研究者对12例转移性结直肠癌患者进行全基因组测序、多区全外显子组测序、同步单细胞RNA-SEQ测序和单细胞靶向cDNA Sanger测序。使用患者来源的肿瘤有机化合物来评估PPAR抑制剂的抗肿瘤作用,以及干细胞样瘤细胞的自我更新和分化能力。发现PPAR信号通路在结直肠癌中普遍异常激活。阻断PPAR信号通路在体外既能抑制结直肠癌细胞的生长,又能促进细胞的凋亡,提示PPAR信号通路的异常激活在结直肠癌的发生发展中起着重要作用。利用同一患者的配对样本,发现了转移性肿瘤在淋巴结和肝脏之间的不同来源,并通过单细胞分辨率的拷贝数变异和线粒体突变图谱进一步证实了这一点。通过结合单细胞RNA-Seq和单细胞点突变的靶向cDNA Sanger测序鉴定,在单细胞分辨率下揭示了同一患者体内有和没有临界点突变(KRAS和TP53)的癌细胞之间重要的表型差异。该数据为在单细胞分辨率下驱动器突变如何干扰体内癌细胞的转录状态提供了深刻的见解。发现为结直肠癌的诊断和治疗提供了关于转移机制的新知识以及潜在的标志物和治疗靶点。
图2 实验设计思路
研究主题:全外显子组测序+单细胞转录组测序揭示散发海绵状血管畸形的致病机制
发表时间:2021年9月
发表期刊:BRAIN(IF 15.2)
应用技术:全外显子组测序+单细胞转录组测序
主要研究结果:
研究团队通过对81例散发脑脊髓CM患者病变样本进行全外显子测序测序和ddPCR验证,在国际上率先发现90.1%的散发CM携带有MAP3K3或PIK3CA体细胞突变,并进一步发现PIK3CA和MAP3K3突变的CM临床表现有显著差异,PIK3CA具有显著更高的出血率,且与MAP3K3突变的CM在MRI表现上有差异。在随后的机制研究部分,发现CM的体细胞突变发生于内皮细胞;通过内皮工具细胞和斑马鱼模型发现MAP3K3或PIK3CA均为激活突变,影响内皮细胞的血管新生;通过单细胞测序探究了不同突变基因型CM在转录谱水平的差异性,MAP3K3突变的病变细胞凋亡显著上调,PIK3CA突变的细胞GDF15和SERPINA5转录水平显著上调,可能解释其产生不同临床表现的机制。
图3 散发脑脊髓CM致病基因、出血风险及机制探究
总 结
全外显子组测序和单细胞测序技术联合分析,可多层面多角度阐释研究结果的生物学意义,适用于组织特异性的疾病和癌症的研究。