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大事件、新技术引领单细胞进入新时代

已有 1066 次阅读 2020-4-27 11:22 |系统分类:科研笔记

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2009年第1篇单细胞转录组测序文章横空出世,2015年10x Genomics第1个实现商业化高通量单细胞解决方案,到今天单细胞测序技术在生命科学研究的各个层面都有着广泛的应用。

2019年可以称得上是单细胞技术全面应用的元年,年度发文数量达到683篇,每个月都有不少重量级文章发表。

2020年,单细胞文章发表依然保持迅猛的上升趋势,仅10x Genomics平台当年发文数目便达到158篇。

为了帮助广大科研工作者快速了解单细胞领域最新研究动态,欧易生物创建了单细胞测序交流学习群(QQ群号:551203013),每日在群里为大家分享一篇单细胞领域最新发表的高分文献,至今已经累计推荐了159篇单细胞文章。

今天,小编将带领大家快速了解一下近两周单细胞领域的值得关注的信息。


重大事件

人类肿瘤图谱网络:以单细胞分辨率绘制肿瘤跨越空间和时间的转移

4月16日人类肿瘤图谱网络(HYTAN)计划公布,将在未来五年内在美国10个跨学科癌症中心进行研究评估。

人类肿瘤图谱网络(HTAN)是美国国家癌症研究所(NCI)癌症登月计划的一部分,它将建立一个临床、实验、计算和组织框架,为各种不同的肿瘤类型生成信息丰富和可访问的癌症转移三维图谱。

这项工作补充了目前正在进行的绘制健康器官图谱的工作和以往大规模癌症基因组学方法侧重于在单一时间点进行批量测序的工作。

由此产生的肿瘤图谱将对人们理解癌症生物学产生深远的影响,并有可能提高癌症的检测、预防和治疗发现,为癌症患者和那些有癌症风险的人提供更精确的药物治疗。

新技术引领潮流

1. MorphoSeq: 脊索动物原肠胚形成完整动态过程

4月13日,发表在Cell上的最新单细胞相关技术MorphoSeq绝对称得上引领级文章,说是开创发育生物学的新时代也不为过。

研究人员通过scRNA-seq和光片成像技术构建了数字化虚拟胚胎,其中捕获了18个谱系海鞘原胚形成过程中每个单细胞在每次细胞分裂时的全基因表达轨迹。

通过使用高覆盖的scRNA-seq,研究人员设计了一个无需先验知识便可将单个胚胎的单个细胞分层为细胞类型的计算框架。

无偏性转录组数据分析匹配每个细胞的物理位置和轨迹历史,记录发育胚胎中每个单细胞在全基因水平完整的基因表达历史。

2. Patch-seq将单细胞转录组研究人类糖尿病患者胰岛功能障碍联系起来

4月13日,发表在Cell Metabolism上的最新单细胞测序组学技术Patch-seq,结合电生理学和单细胞技术精细化研究细胞生理功能,直接将胰岛细胞的生理功能紊乱与基因表达的精确改变联系起来。

研究人员通过单细胞测序结合胞外分泌和通道活性在单细胞水平下研究内分泌生理和转录组。

通过基因网络和功能分析鉴别出一个β细胞功能异质性相关的基因集,这个基因集可以用来预测电生理学。

研究人员同时报导了2型糖尿病患者的转录机制,并将该方法延申到1型糖尿病患者的冻存细胞,为了解健康和疾病人群中胰岛细胞异质性提供了有价值的资源。

多组学结合最新突破

1.产后表皮生长的设计原则

4月6日Cell发表来自布鲁塞尔自由大学的 Cédric Blanpain团队的重大突破。

作者结合scRNA-seq、免疫荧光、流式、EdU/BrdU、数学建模等技术手段,对出生到成年整个过程中皮肤发育机制做出全新解读。

值得一说的是,Cédric Blanpain曾经入选2012年Nature年度十大人物

本文的数据表明,协调的增长是由一种单一的发育祖细胞群体所控制的,这群细胞呈现出一种伴随增殖率不断降低的自我更新分裂固定的命运失衡。

单细胞RNA测序显示,与成体干细胞和祖细胞相比,表皮发育祖细胞形成一个更均匀的群体。

根据其研究结果显示,皮肤表皮细胞分裂方向的空间格局是由胶原纤维的局部方向决定的。

2. 单细胞分析揭示骨髓靶向治疗结肠癌的机制

4月16日,大牛张泽明Cell上发表了结肠癌患者在单细胞水平的肿瘤微环境,首次系统性描绘了浸润髓系细胞群。

作者通过单细胞测序分析了结肠癌患者的免疫和基质细胞,发现巨噬细胞和常规树突细胞(cDC)亚群是肿瘤微环境中细胞相互作用的关键介质。

抗CSF1R通过炎症信号选择性清除巨噬细胞,但是小鼠和人类中表达促血管生成/致瘤基因的巨噬细胞群得以保留。施加CD40激动剂抗体优先激活cDC细胞群,并且增加Bhlhe40+ Th1类细胞和CD8+ 记忆T细胞。

小鼠和人类关键骨髓亚群的综合分析发现了调控肿瘤免疫的关键细胞相互作用,并确定了目前正在进行临床实验的骨髓靶向免疫治疗机制。

其他高分文章信息快览

1.肿瘤微环境对维持原发胶质母细胞瘤的细胞状态至关重要

肿瘤模型对肿瘤生物学的实验整合和临床前治疗药物的筛选仍然至关重要,但是这些年很少有新的人类癌症衍生模型被开发出来。本文的作者通过5个样本的单细胞转录组特征重建了胶质母细胞瘤的肿瘤微环境模型。研究人员比较了来自5名患者的肿瘤细胞的单细胞RNA测序,这些细胞来自4种患者特异性胶质母细胞瘤干细胞(GSC)衍生的模型类型,包括胶质瘤球、肿瘤细胞器、胶质母细胞瘤脑细胞器(GLICO)和患者衍生的异种移植。

2. 用单细胞基因组学推进癌症研究和医学

单细胞测序(SCS)已经影响了癌症研究的许多领域,提高了人们对肿瘤内异质性、肿瘤微环境、转移和治疗耐药性的认识。SCS技术的发展和完善导致了成本的大幅降低,细胞产量的增加和可重复性的改善,为临床应用铺平了道路。然而,在实现转化应用之前,必须克服许多后续和技术方面的挑战。这篇综述讨论了过去的癌症研究,新兴的技术,和未来的临床应用,必将改变癌症医学。

3.SciBet: 一种便捷式单细胞类型快速鉴定器

给大家安利一个最新的单细胞细胞类型鉴定软件,北大张泽明团队开发的。作者提供了SciBet的web客户端部署(http://scibet.cancer-pku.cn/download_references.html),以实现快速的本地计算,而无需将本地数据上传到服务器。面对单细胞RNA数据集的指数增长,这个用户友好的跨平台工具可以广泛用于单细胞类型识别。

4.哺乳动物缰核细胞类型的转录和空间分辨率

图谱类文章作为单细胞研究的基础仍然有很大的挖掘潜力,从图谱中细分出一个有意义的生物学问题,做一些后续验证,是图谱类文章的主要思路之一。本文的作者为了研究由内侧缰核(MHb)和外侧缰核(LHb)亚区组成的细胞群的转录机制,分别在初生小鼠和暴露于急性厌恶刺激的小鼠中进行了单细胞转录谱和高复用的小鼠缰核复合物的原位杂交实验,最终确定了缰核细胞类型中的关键分子靶标,为今后的研究提供了重要的资源。

5. 单细胞转录组学确定了影响CD4+ T细胞对细胞因子反应的效应梯度

为了研究细胞因子在记忆T细胞中的反应,作者使用定量蛋白质组学、群体RNA-seq和单细胞RNA-seq(超过4万个人类初生和记忆CD4+ T细胞)来表明这些细胞类型之间对细胞因子的反应存在显著差异。单细胞分析显示,T细胞构成一个转录连续体,从初始到中央和效应记忆T细胞,形成一个效应梯度,同时增加趋化因子和细胞因子的表达。最后,研究人员发现T细胞的活化和细胞因子的反应受效应梯度的影响。

6. 整合单细胞RNA测序鉴定人类产后胸腺定植祖细胞和未成熟胸腺细胞分化的调控动力学

研究人员通过单细胞RNA测序检测人类未成熟产后胸腺细胞群。整合骨髓和外周血祖细胞数据鉴定到两个潜在的胸腺定植祖细胞,它们的CD7、CD10和归巢受体CCR7、CCR9和ITGB7表达有所不同。虽然两种祖细胞都支持T细胞发育,但是只有一种可以促进胸腺内树突细胞(DC)分化,主要是类浆细胞树突细胞。发育轨迹分析描述了早期人类T细胞谱系发育的潜在转录动态机制,这使得预测驱动人类T细胞发育的转录因子模块成为可能。


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