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單細胞技術應用——干細胞生物學
發(fā)布時間:2020-07-30 瀏覽次數(shù):8291
誘導多能干細胞 (induced Pluripotent Stem Cell,iPSC) 是將成體細胞通過重編程技術而獲得 的,一種類似胚胎干細胞樣特性的多潛能細胞。但是體細胞重編程的效率不高,只有一小部分細胞成 為 iPSC。這導致獲取 iPSC 需要極高的成本。使用單細胞技術對 iPSC 進行研究,有助于追蹤干細胞分 化和發(fā)育的過程,提高重編程效率,降低 iPSC 的應用成本。

干細胞分化與發(fā)育

誘導多能干細胞 (induced Pluripotent Stem Cell,iPSC)  是將成體細胞通過重編程技術而獲得   的,一種類似胚胎干細胞樣特性的多潛能細胞。但是體細胞重編程的效率不高,只有一小部分細胞成   為 iPSC。這導致獲取 iPSC 需要極高的成本。使用單細胞技術對 iPSC 進行研究,有助于追蹤干細胞分   化和發(fā)育的過程,提高重編程效率,降低 iPSC 的應用成本。

對不同階段小鼠 iPSC 細胞進行 scRNA-seq[Buganim, Y et al. Cell. 2012] 發(fā)現(xiàn),Esrrb、Utf1、Lin28 和 Dppa2 的表達比 Fbxo15、Fgf4 和 Oct4 的表達更能預測細胞是否進入 iPSC 階段;對胚胎不同   時間線上的單細胞轉錄組和表觀組測序 [Cacchiarelli, D et al. Cell. 2015],可觀察早期胚胎發(fā)育   的模式基因;對主動脈內皮的 scRNA-seq [Lukowski SW et al. Cell Rep. 2019],可確定血管內祖   細胞和分化細胞之間的層次關系;對正在分化中的 iPSC 進行 scRNA-seq [Cuomo ASE et al. Nat Commun. 2020]  揭示了基因表達的動態(tài)遺傳效應。


干細胞鑒定

胚胎干細胞(ESC)等各類干細胞與身體其他細胞之間的高精度關系仍然沒有明確定義,研究人員通過對不同類型干細胞的單細胞分析,可以對干細胞進行有效的分類、特征和功能鑒定。湯富酬教授等人 [Tang, F et al. Cell Stem Cell. 2010] 對胚胎干細胞進行單細胞轉錄組測序,初次闡明了人內細胞團(ICM)向 ESC 轉變的高精度變化,揭示編碼代謝因子的改變以及編碼表觀遺傳抑   制因子的增加。此外,也有大量研究在不同層次對干細胞的種類和特性進行了研究(表 2-7)。

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表 2-7  干細胞部分研究成果


基于干細胞的疾病研究與治療

對干細胞進行單細胞分析,可以更好地理解疾病相關分子的潛在分泌途經(jīng),從而對疾病發(fā)生機制有全新的了解。

目前,基于干細胞的單細胞測序已被用于疾病的研究。有研究通過對人誘導多能干細胞(iPSC)的   單細胞測序([Liao M. C et al. J. Neurosci. 2016],圖 2-6),測定了與 AD(阿爾茨海默病)發(fā)病   相關的核心分子——淀粉樣 β(aβ)和可溶性淀粉樣前體蛋白  α(sAPPα),揭示了分子動態(tài)范圍,發(fā)現(xiàn)了 APP 裂解的復雜性;對慢性粒細胞白血?。–ML)患者的 scRNA-seq 發(fā)現(xiàn),慢性粒細胞白血病癌   癥干細胞 CML-SCs 具有異質性 [Giustacchini A et al. Nat Med. 2017],為 CML 造血破壞與臨床結   局的關系提供了新的見解。

在單細胞水平上深入了解疾病機制或疾病治療相關細胞信息,可指導針對相關細胞類型的新治療   策略開發(fā)。對間充質干細胞(MSCs)進行 scRNA-seq[Huang, Y. et al. Cell Death Dis. 2019] 發(fā)現(xiàn),MSCs 異質性受細胞周期狀態(tài)的控制且異質性有限。用 IFNγ  和 TNFα  對 MSC 進行預處理后,MSCs 的基   因表達呈現(xiàn)出均勻變化。由此,為疾病治療中 MSCs 的標準化提供了參考。

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圖  2-3  單細胞技術檢測  APP  裂解產(chǎn)物過程圖


伯豪生物單細胞多組學研究

伯豪生物作為國內單細胞組學研究整體解決方案的提供者和領導者,伯豪生物已經(jīng)建立起了完整的單細胞水平的研究平臺,貫穿起基因組、轉錄組、表觀組、蛋白組、免疫組等多組學交叉領域,也整合了包括 SMART-Seq 在內的多種經(jīng)典單細胞測序技術和包括 BD Rhapsody?、10XGenomics 在內的創(chuàng)新單細胞分析技術,涵蓋單細胞基因組測序、單細胞轉錄組測序、單細胞 ATAC 測序、單細胞轉錄組和蛋白質標志物平行分析等等。

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