空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序新技術(shù)
日期：2017-02-27 09:03:48
在真核細(xì)胞中，轉(zhuǎn)錄組的空間組織已經(jīng)成為調(diào)節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄后命運(yùn)的一種有力手段，但是一般研究采用的是原位雜交或者原位的熒光染色，這項(xiàng)技術(shù)操作困難且通量低。近期來(lái)自中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所細(xì)胞生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等處的研究人員作建立了一種可以獲得具有空間位置信息的少量細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜的技術(shù)方法：Geo-seq，這種方法不僅能解析少量細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組信息，而且還能保留細(xì)胞原有位置信息。
這一研究成果公布在2月16日的Nature Protocols雜志上，Nature Protocols雜志雖然影響因子不是特別高，但是作為描述詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)的技術(shù)手冊(cè)，近年來(lái)越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。
文章的通訊作者分別為細(xì)胞生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室景乃禾研究員與彭廣敦副研究員，第一作者為陳軍博士。去年景乃禾研究員與中科院-馬普學(xué)會(huì)計(jì)算生物學(xué)伙伴研究所韓敬東研究組合作，結(jié)合了激光顯微切割以及單細(xì)胞測(cè)序等先進(jìn)技術(shù)，繪制了小鼠早期發(fā)育原腸運(yùn)動(dòng)中期精細(xì)的胚胎三維分子圖譜，并揭示了小鼠細(xì)胞譜系藍(lán)圖建立過(guò)程中的空間轉(zhuǎn)錄組特征、轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
無(wú)論是體內(nèi)組織還是體外細(xì)胞系，不同細(xì)胞之間都存在著差異性，即細(xì)胞的異質(zhì)性。細(xì)胞的異質(zhì)性對(duì)解釋腫瘤的發(fā)生、干細(xì)胞或前體細(xì)胞的多能性與譜系分化、干細(xì)胞與微環(huán)境的相互作用等具有重要的意義。近些年，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)迅速發(fā)展，使得研究細(xì)胞之間的異質(zhì)性成為可能。然而，目前單細(xì)胞測(cè)序的方法均會(huì)丟失細(xì)胞在體內(nèi)原有的位置信息，而對(duì)某些研究領(lǐng)域如發(fā)育生物學(xué)、腫瘤生物學(xué)而言，細(xì)胞來(lái)源的位置信息是十分關(guān)鍵的。
在最新這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)整合與優(yōu)化單細(xì)胞測(cè)序和激光顯微切割技術(shù)，構(gòu)建了一種能夠獲得、同時(shí)保留細(xì)胞原有位置信息的測(cè)序方法：Geo-seq。Geo-seq是一種高效、高分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組分析方案，既可用于轉(zhuǎn)錄圖譜的三維重建，也可以用于研究具有特殊結(jié)構(gòu)的少量組織或細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組信息。
利用Geo-seq技術(shù)，這一課題組繪制了小鼠早期胚胎原腸運(yùn)動(dòng)中期精細(xì)的三維分子圖譜，并揭示了小鼠細(xì)胞譜系藍(lán)圖建立過(guò)程中的空間轉(zhuǎn)錄組特征、轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這也就是上文提到的內(nèi)容。研究人員由此構(gòu)建了整個(gè)原腸運(yùn)動(dòng)中期高質(zhì)量的全胚胎基因表達(dá)三維分子圖譜，使得小鼠這一時(shí)期兩萬(wàn)多個(gè)基因的表達(dá)能夠以電子原位雜交的形式得到完全的呈現(xiàn)。更重要的是，該項(xiàng)工作還鑒定了一組能夠代表E7.0時(shí)期發(fā)育狀態(tài)和特異空間結(jié)構(gòu)域的標(biāo)志基因，這些基因具有類似“郵政編碼”（zip code）的標(biāo)記功能，可以將外源的多能干細(xì)胞或者胚胎組織細(xì)胞“投遞”到體內(nèi)胚胎的特定位置，從而將未知來(lái)源的干細(xì)胞定位于體內(nèi)胚胎的相應(yīng)部位。
此外，目前Geo-seq技術(shù)也已成功應(yīng)用于小鼠大腦發(fā)育、肝臟腫瘤學(xué)以及人的精子發(fā)育等研究中。
除了真核生物，去年莊小威研究組也曾通過(guò)超高分辨率顯微鏡來(lái)影像大腸桿菌轉(zhuǎn)錄組，并觀察到了RNA的全基因組空間組織。他們開(kāi)發(fā)出一種方法，可影像細(xì)菌中大量已定義的mRNAs。
研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌產(chǎn)生的所有mRNA中，有相當(dāng)一部分將自己定位在細(xì)胞內(nèi)的特定位置。例如，一些停留在細(xì)胞內(nèi)膜的蛋白質(zhì)的編碼mRNAs，也較多地存在于這層膜上。這種定位也在這些mRNAs的生命中起著重要的作用，因?yàn)樗鼈儽仍诩?xì)胞其他位置更快的被降解。這種增強(qiáng)的降解率，部分原因是因?yàn)榉纸?span lang="EN-US">mRNA分子的酶，也存在于膜上。
