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单细胞多组学带您开启肿瘤研究新思路

2018-05-17

目前单细胞测序技术飞速发展,覆盖转录组、基因组和表观组学,但仅仅利用单组学进行研究,只能解释单层面的问题,不能从多角度深入探索。因此近年来单细胞多组学结合研究模式成为“研究新宠”,将多组学进行结合,深度挖掘样本信息,从多个组学的角度验证结果的可信度,让文章的档次更上一层楼。


今天小编就给各位科研工作者秀一波单细胞多组学结合的研究技术。

 

单细胞基因组+单细胞转录组测序


案例:利用单细胞测序技术探究三阴乳腺癌患者的耐药机制

图1 探究三阴乳腺癌患者的耐药机制(Kim Charissa et al.Cell, 2018)

图1 探究三阴乳腺癌患者的耐药机制(Kim Charissa et al.Cell, 2018)

 

今年3月,美国德克萨斯州休斯敦MD安德森癌症中心在Cell上发表了利用单细胞测序技术探究化疗过程中三阴乳腺癌(TNBC)患者耐药性进化的文章[1]


科研人员通过外显子测序、单细胞基因组测序和单细胞转录组测序这三种测序技术探究TNBC患者化学治疗过程中其肿瘤细胞基因型与表型的演变过程。


图2 探究三阴乳腺癌患者耐药机制的研究思路

图2 探究三阴乳腺癌患者耐药机制的研究思路 


根据对治疗的不同反应,将患者分为消退型和持续型


文章对治疗前、治疗中、治疗结束三个时期的20名TNBC患者的肿瘤组织样本进行外显子测序,发现20名患者中10名TNBC患者化学治疗后,外显子突变消失,其余患者外显子突变持续存在。治疗前后突变等位基因(MAFs)也分为突变完全消失群体和突变持续存在群体(后文分别简称为消退型和持续型)。


利用单细胞基因组测序探究拷贝数变异,鉴定耐药基因


挑选消退型和持续型患者各4名,进行单细胞基因组测序,探究化学治疗对拷贝数变异的影响。在治疗前后,持续型患者中均出现非整倍体分布,而消退型患者中未检出非整倍体分布或呈低水平。


对消退型患者分亚群,发现非整倍体亚群仅存在于治疗前组中;对持续型患者分亚群,患者均出现少量治疗前后肿瘤细胞归类为同一亚群的情况,证明治疗前后患者均携带耐药基因(图3)。


图3 探究消退型和持续型患者的拷贝数变异 (Kim Charissa et al.Cell,2018)

图3 探究消退型和持续型患者的拷贝数变异 (Kim Charissa et al.Cell,2018)  


利用单细胞转录组测序探究治疗对肿瘤细胞表型进化的影响


对不同治疗时期的肿瘤细胞进行差异表达基因分析发现,所有消退型患者在治疗后12个已知的癌症基因均下调,部分信号通路也下调。结合分析肿瘤细胞和正常细胞,发现治疗后正常细胞亚群中ACTA2表达水平高,治疗前肿瘤细胞亚群中EPCAM表达水平高(图4)。



探究持续型患者的表型进化,对每个患者进行差异表达分析,仅有少量显著基因(MYCERBB3 KITPI3KR1)已知与肿瘤相关,但耐药基因在治疗后出现了高度富集(图4)。


图4 探究治疗与肿瘤表型进化相关性 (Kim Charissa et al.Cell, 2018)

图4 探究治疗与肿瘤表型进化相关性 (Kim Charissa et al.Cell, 2018)


研究结论


科研人员通过上述数据和结果,证明化疗无效的TNBC患者体内耐药基因在治疗前就已存在,但进行化学疗法时,化疗药物对患者的耐药基因进行了适应性筛选,使耐药基因重编程得以转录表达,因此导致化疗无效。 


是时候展现真正的技术了~


请各位科研工作者准备好接大招~小编呕心沥血总结的肿瘤细胞经典研究思路~


图5 肿瘤细胞研究思路

图5 肿瘤细胞研究思路

 

安诺基因单细胞scWG Screening技术


安诺基因独家的scWG Screening(single-cell Whole Genome Screening)技术是在单细胞水平采取高质量的全基因组扩增与测序相结合的一项新技术,解决了单个细胞在少量数据量下进行细胞内CNV检测的问题,针对性更强,成本更低。


图6 scWG Screening测序结果展示

图6 scWG Screening测序结果展示


安诺基因单细胞自动化分选平台10X Genomics


1. 目前最成熟的自动分选细胞商业化平台,仪器轻,便携带,可提供上门服务。

2. 只需提供细胞悬浮液,仪器自动分选出单个细胞,从复杂繁琐的分选细胞过程中,解放科研工作者的双手。

3. 几分钟即可分选出上千个细胞,八通道可同时运行,通量高。

4. 对大量细胞进行聚类分析,分出细胞亚群,找到那个“特异的它”。

5. 可对大量细胞进行分群,分析差异表达基因和功能富集。


图7 10X Genomics ChromiumTM平台

图7 10X Genomics ChromiumTM平台

 

安诺基因作为国内单细胞测序技术整体解决方案的领导者,单细胞测序技术全面覆盖三大组学(基因组、转录组、表观组),有针对性地服务不同的研究领域的科研工作者,为广大科研工作者的研究添砖加瓦。


图8 安诺基因单细胞产品总览

图8 安诺基因单细胞产品总览

 

[1] Kim Charissa, Gao Ruli, Sei Emi et al. Chemoresistance Evolution in Triple-Negative Breast Cancer Delineated by Single-Cell Sequencing[J] .Cell, 2018.



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