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單細胞多組學應用

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單細胞多組學應用

發布日期:2021-06-16 作者: 點擊:


上次我們聊到了單細胞測序技術,這也是單細胞技術中Z重要的應用之一,因為我們生物基礎——細胞異質性就體現在細胞所表達的執行功能的RNA和蛋白。而細胞聚類分群分析,是單細胞結果的Z基礎分析,其分群依據正是能代表細胞功能的marker gene 。


然而,scRNA-seq存在一些天然缺陷,并不是細胞聚類分群的金標準。而scATAC-seq作為單細胞表觀研究的重要技術,它的細胞聚類結果卻意外比scRNA-seq穩定得多。因此,scRNA-seq + scATAC-seq的單細胞多組學,迅速被廣泛采用,連續兩年(2018和2019)被不同雜志評為的年度技術。


ATAC-seq是表觀研究的一種重要手段,其原理今天不詳細介紹,如感興趣后面我再補充,這里僅簡要說明一下。ATAC-seq研究染色質開放性,它主要檢測轉錄調控序列,這些序列所對應的基因,與正發生轉錄的基因很大程度上重合,所以ATAC-seq也常作為轉錄組的印證。


scATAC-seq的聚類分析結果比scRNA-seq穩定,有如下解釋:RNA轉錄本波動大,從幾個到幾千轉錄本不等,而一些低表達的RNA轉錄本在單細胞測序會漏掉,而scATAC-seq則直接檢測細胞核中的裸露DNA,它是非常穩定的,scATAC-seq的細胞聚類結果也非常穩定,效果比scRNA-seq的好很多。


單細胞多組學正是這兩個的結合:取scATAC-seq結果做細胞聚類,取scRNA-seq結果做功能富集分析。


一般情況下。我們檢測多單細胞多組學需要把單細胞懸液分成2份,一份做scRNA-seq,另一份做scATAC-seq,這樣既會浪費樣品,結果也可能有偏差。而我們公司選用的10X genomics,它能用一套樣品,同時完成scATAC-seq和scRNA-seq檢測,即一個細胞樣品既得到scRNA-seq數據,又得到scATAT-seq數據。

單細胞多組學檢測流程與scRNA-seq相同,唯二差別是上樣的細胞10X barcode。先回顧一下scRNA-seq流程圖:


image.png


10X genomics 的單細胞多組學流程與上述scRNA-seq流程的差別,是上圖中用紅框標記的兩個地方:一處是多組學樣品是經轉座酶處理的細胞核,而不是原生態的細胞或細胞核。還有一處是beads的olligo序列,多組學的beads上有兩種olligo 序列,一種會結合mRNA,另一種會結合Tn5酶切下的片段,他們帶有相同的10Xbarcode標記;而scRNA-seq只用到結合mRNA的olligo序列。

image.png


下面以劍橋大學利用單細胞多組學研究人胎肝、股骨和髖關節的血液分化分子機理的文章為例,簡要介紹一下單細胞多組學的研究思路。

文章題目

Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis


發表期刊:Cell Stem Cell (2020年11月)

樣本類型:胎兒的肝臟、股骨和髖骨 (n=15)

組學技術:scRNA-seq ,scATAC-seq

科研團隊:劍橋大學


主要結果

 取15個胎兒的17-22pcw的胎肝、股骨和髖關節,分別進行單細胞解離,然后進行scRNA-seq和scATAC-seq。

 共獲得4504個單細胞,平均每個細胞檢測到3600個基因。

 然后進行scRNA-seq和scATAC-seq聯合分析,進行細胞聚類分群及推理血細胞的分化軌跡。

image.png

參考資料:

Ranzoni et al., Integrative Single-Cell RNA-Seq and ATAC-Seq Analysis of Human Developmental Hematopoiesis,

Cell Stem Cell (2020)

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本文網址:http://www.oyuncash.com/news/594.html

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