单细胞测序技术揭肿瘤细胞和干细胞的异质性
生物探索 · 2012/08/10
在美国斯坦福医学院Joseph Wu副教授正在开发一种集成微流体电路用于单细胞实时PCR。这些设备仅需数皮克的RNA就可在单细胞水平上分析基因表达。新微流体设备使得我们能够在细胞群内逐个细胞研究基因表达,发现多能干细胞的异质性比诱导多能干细胞的更大

微流体PCR和DNA测序让我们能够从大细胞群中挑出单个的细胞进行分析。现在研究人员正在生物学中发现全新水平的复杂性。

单细胞测序技术揭肿瘤细胞和干细胞的异质性

单细胞测序技术揭肿瘤细胞和干细胞的异质性

数十年来,研究人员对于来自许多物种的成千上万的基因组进行了测序。几乎在所有情况下,译解的DNA都是从数百万的细胞中提取出来并混合到一起。其结果是大量的数据。

近来,研究人员一直是对细胞群展开分析。人们认为构成这些细胞群的单个细胞例如干细胞和肿瘤细胞差不多是一样的,细胞生物学家们采用的方法获得的都是这些细胞群特征的平均值。

德克萨斯大学MD安德森癌症中心的遗传学助理教授Nicholas Navin 说:“当前的方法是整体分析肿瘤,由此报告来自细胞群的平均信号。其缺点在于它可能掩盖了最丰富的、也是最恶性的肿瘤细胞亚群。”

然而现在,随着微流体PCR和DNA测序技术的进展使得从这些细胞群中分离出和分析单个细胞变得更为容易。而最让人惊讶地是,研究人员发现这些细胞并不完全相同。事实上,这些细胞群可能是由带有极其不同蓝图的几种亚细胞群组成。这一发现可以帮助癌症研究人员,例如追踪转移细胞。现在,科学家们正利用新的单细胞分析技术去发现哪些细胞具有哪些蓝图,以及是如何影响它们的表型的。

揭露干细胞的异质性

在美国斯坦福医学院,医学、心脏病学和放射学副教授Joseph Wu正在开发一种集成微流体电路用于单细胞实时PCR。这些设备仅需数皮克的RNA就可在单细胞水平上分析基因表达。利用这种方法,Joseph Wu和同事们揭示了采用常规实时PCR有可能看起来是一致的细胞群的异质性。

“从前,由于实时PCR需要数百至数千细胞的RNA,人们猜想收到相同胞外信号的一个细胞群体会对变化做出反应,具有相同基因表达模式。新微流体设备使得我们能够在细胞群内逐个细胞研究基因表达,并揭示了对环境反应可能的细胞异质性,”Joseph Wu说

例如,Joseph Wu和同事们利用单细胞实时PCR微流体设备比较了人类诱导多能干细胞(hiPSCs)和人类多能干细胞(hESCs)的异质性。它们发现相比hESCs在hiPSCs中基因表达水平差异更大,表明一种不稳定的多能状态。此外,研究小组还发现hiPSCs的分化缓慢且不一致,这有可能会不利于其临床应用。

使癌症研究受益

德克萨斯大学MD安德森癌症中心的遗传学助理教授Nicholas Navin将随机抽取单个细胞遗传信息比喻为如同投票选举:它给予了你一种对群体多样性的统计学评估。“我们想在人类肿瘤中描绘出克隆的多样性,了解这一参数在评估侵袭、转移、存活和对化疗的反应中是否具有预测价值。利用单细胞测序我们能够在肿瘤中重建这些细胞系,并了解突变的年表。”

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