单细胞转录组测序技术在动物上的应用研究

细胞是机体最基本的结构组成及功能单位,细胞类型和功能由其整个转录表达谱决定,通过单细胞转录组测序可以获得单个细胞转录表达谱,由此以高精度分辨率鉴定细胞类型、细胞状态以及稀有类型细胞,从而可以在单细胞水平分析细胞动态变化及细胞间的关系,深入解析驱动细胞变化及细胞异常背后的分子细胞机制。随着单细胞测序技术稳定性和测序通量的提高,以及测序成本的降低,其在发育生物学、肿瘤、免疫及疾病等领域被广泛应用,研究对象主要涉及人及模式生物,在动物上的应用研究相对较少。本文主要介绍单细胞转录组测序技术及其生物学应用并综述目前其在动物上的一些开创性研究,以期为今后更好的在动物上应用单细胞转录组测序提供方法参考。     

单细胞转录组测序在少突胶质谱系细胞异质性与神经系统疾病中的应用

少突胶质细胞是中枢神经系统中形成髓鞘的高度特化的胶质细胞，由少突胶质前体细胞分化而来。长期以来，围绕少突胶质谱系细胞开展的研究主要集中在少突胶质细胞发育、髓鞘形成以及少突胶质谱系细胞在神经系统疾病中的作用等。新兴的单细胞转录组测序技术可以在转录组层面鉴定出特定类型细胞，为少突胶质谱系细胞的研究提供助力。本综述主要关注常见单细胞测序技术的发展以及它们在少突胶质细胞功能异质性和神经系统疾病研究中的应用，并对已取得的成果进行总结阐述，为单细胞测序技术在中枢神经系统疾病中少突胶质谱系细胞相关研究的应用和开发提供思路和参考。     

单细胞转录组测序技术及在哺乳动物上的应用

哺乳动物的器官是由多种细胞类型组成,它们通过细胞间的相互作用来发出信号,以维持体内平衡和确保机体发育。传统转录组测序是以大量细胞或组织为研究样本,反映的是细胞总体上转录组特征,不能分析单个细胞的基因表达情况,而单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术的发展为揭示单个细胞转录组特征提供了有效方法。本文通过对scRNA-seq平台、scRNA-seq主要技术类型及scRNA-seq在哺乳动物上的应用展开综述。     

单细胞转录组技术及其在人类细胞图谱构建中的应用

单细胞转录组技术在单细胞水平上进行转录组测序,提供了单个细胞的基因表达差异信息,使在单细胞尺度下研究个体细胞、相关环境细胞及其相互作用的机理成为可能.近年来,单细胞转录组技术在c DNA扩增原理上经历了从末端加尾、体外逆转录到模板置换的方法发展,大大提高了基因检测的数量、基因表达的准确性等.同时,在单细胞选取方式上进行了从96/384孔板到油包水液滴以及纳米微孔的创新,在提高通量和重复性的同时降低了整体实验成本.单细胞转录组技术广泛应用于细胞群体分类和异质性研究,推动了从发育生物学到正常、病态组织细胞图谱的构建.本文对单细胞转录组技术近年的技术进展以及在人类细胞图谱构建中的应用进行了综述.     

单细胞转录组高通量测序分析新进展

细胞异质性是生物组织的普遍特征。常规转录组测序(RNA-Seq)技术需要上万个细胞,所测结果实际上是一群细胞基因表达的平均值,所以难以鉴别细胞之间基因表达的异质性。单细胞RNA-Seq技术的分辨率精确至单个细胞,为辨别异质性群体中各种细胞类型的转录组特征提供了有力的工具。近年来单细胞RNA-Seq技术发展迅速,在方法学上包括cDNA扩增方法的多样化、对灵敏度和技术噪声的定量分析、浅覆盖高通量单细胞RNA-Seq方法和原位RNA-Seq技术等;在技术应用方面应用范围从早期胚胎发育扩大到组织器官发育、免疫和肿瘤等多个领域。文章对单细胞RNA-Seq在方法学和技术应用两方面的研究进展进行了详细阐述。     

天祝白牦牛退行期毛囊细胞亚群鉴定以及特征基因生物信息学分析

从单细胞水平解析天祝白牦牛退行期毛囊发育过程主要细胞类型,旨在对主要细胞类群特异表达基因进行生物功能预测与生物信息学分析,探索退行期毛囊发育调控机制。采用单细胞转录组测序对退行期毛囊进行异质性分析,利用已知标记分子对细胞类群进行筛选鉴定,并对鉴定得到的主要细胞类群进行GO和KEGG分析,同时对毛囊形态发生过程中涉及的关键分子进行免疫组织分析。结果表明,天祝白牦牛退行期涉及IFE-DC细胞、表皮细胞系、黑色素细胞、INFU细胞等细胞类群。其特征基因主要参与表皮发育、上皮细胞分化、超纤维组织发育、组织形态发生以及细胞形态学发生等生物过程。KEGG富集分析发现,特征基因主要富集在黏附连接、细胞周期、RNA转运等与毛囊发育相关的通路中。涉及的不同细胞类型拥有GJA1、FKBP4、KRT1、KRT80、FGFR2等28个共同基因。该研究成功鉴定出天祝白牦牛退行期主要细胞类群,获得了特征基因富集通路,揭示了退行期毛囊发育机制。     

单细胞测序技术及应用进展

同一组织中的细胞往往被认为是具有相同状态的功能单位,传统的检测手段分析的是细胞群体的总体平均反应。然而通过对单个细胞的DNA或RNA进行测序,表明组织系统层面的功能是由异质性细胞构成的。单细胞测序以单个细胞为单位,通过全基因组或转录组扩增,进行高通量测序,能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态,反映细胞间的异质性,在肿瘤、发育生物学、微生物学、神经科学等领域发挥重要作用,正成为生命科学研究的焦点。单细胞测序的难点是单个细胞的分离、单细胞基因组和转录组的扩增。本文主要介绍和分析了单细胞测序技术中常用的单细胞分离技术、单细胞基因组扩增技术和转录组扩增技术及其优缺点,并对当前已经取得成果的应用领域进行了阐述,为单细胞测序技术的研究与应用提供参考。     

下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用

基因转录调控及其机制分析是后基因组时代生物学研究的重点之一。随着高通量测序技术的发展,人们可以从不同层面研究基因的转录调控行为,从转录组、转录因子结合,到染色质局部结构和整体空间构象,可系统分析转录调控的分子机制。干细胞分化过程的转录调控分析对研究再生医学和理解细胞癌变机制等具有重要意义。本文综述了下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用,包括：(1)基于基因芯片或RNA测序的转录组分析;(2)基于染色体免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)测序的表观基因组和转录因子结合信息的分析;(3)基于DNase 酶切测序(DNase-Seq)的染色质开放性分析;(4)基于高通量染色质构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture, Hi-C)技术的染色体远程相互作用分析。从基因表达谱、转录因子结合和基因组三维结构等层面展开介绍,重点关注了一些多能性转录因子(Oct4、Sox2和Nanog等)在维持干细胞干性和分化中的调控作用,以期为干细胞转录调控的研究提供借鉴和参考。     

人类胚胎期和成年期巨核细胞的分子特征比较

为探究人类不同发育时期巨核细胞的分子特征,基于人类胚胎期卵黄囊、胎肝和成年骨髓巨核细胞的单细胞转录组测序数据,从分子特征、基因调控网络等方面分别对其分子差异进行生物信息学分析。结果表明,胚胎期巨核细胞具有较强的增殖特征,高表达细胞增殖相关的转录因子;而成年期巨核细胞具有较强的血小板生成特征,高表达与巨核细胞分化成熟相关的转录因子。研究结果为研究不同发育阶段巨核细胞及其子代血小板的功能差异提供了理论依据。     

植物单细胞转录组测序研究进展

单细胞转录组测序是一种在单细胞水平上研究基因表达的技术.多孔板法和液滴法是目前应用于植物研究的两类主要的单细胞转录组技术.首先概述了植物单细胞转录组测序的技术原理和数据分析流程,然后介绍了植物单细胞转录组的研究进展,重点阐述了单细胞转录组测序技术在鉴定植物细胞类型、揭示细胞演化轨迹和构建细胞间调控网络中的应用.单细胞转...     

A resource of single-cell gene expression profiles in a planarian Dugesia japonica

The freshwater planarian Dugesia japonica maintains an abundant heterogeneous cell population called neoblasts, which include adult pluripotent stem cells. Thus, it is an excellent model organism for stem cell and regeneration research. Recently, many single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) databases of several model organisms, including other planarian species, have become publicly available; these are powerful and useful resources to search for gene expression in various tissues and cells. However, the only scRNA-seq dataset for D. japonica has been limited by the number of genes detected. Herein, we collected D. japonica cells, and conducted an scRNA-seq analysis. A novel, automatic, iterative cell clustering strategy produced a dataset of 3,404 cells, which could be classified into 63 cell types based on gene expression profiles. We introduced two examples for utilizing the scRNA-seq dataset in this study using D. japonica. First, the dataset provided results consistent with previous studies as well as novel functionally relevant insights, that is, the expression of DjMTA and DjP2X-A genes in neoblasts that give rise to differentiated cells. Second, we conducted an integrative analysis of the scRNA-seq dataset and time-course bulk RNA-seq of irradiated animals, demonstrating that the dataset can help interpret differentially expressed genes captured via bulk RNA-seq. Using the R package “Seurat” and GSE223927, researchers can easily access and utilize this dataset.     

单细胞转录组测序技术在细胞分类中的应用

多细胞有机体的细胞类型多且复杂,细胞间普遍存在异质性。目前,单细胞转录组测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术是一项新兴的研究单个细胞转录水平的技术,其从数千个平行的细胞中生成转录谱,揭示个体细胞基因组的差异性表达,反映细胞间的异质性,从而鉴定出不同细胞类型,形成组织或器官的细胞图谱,在生物和临床医学等领域发挥重要作用。该文在对scRNA-seq测序平台进行阐述和比较的基础上,着重介绍其在神经系统和免疫系统细胞类型探索中的应用,并且总结scRNA-seq与空间转录组技术相结合的研究成果。     

Applications of single cell RNA sequencing to research of stem cells

Stem cells(SCs) with their self-renewal and pluripotent differentiation potential,show great promise for therapeutic applications to some refractory diseases such as stroke, Parkinsonism, myocardial infarction, and diabetes. Furthermore, as seed cells in tissue engineering, SCs have been applied widely to tissue and organ regeneration. However, previous studies have shown that SCs are heterogeneous and consist of many cell subpopulations. Owing to this heterogeneity of cell states, gene expression is highly diverse between cells even within a single tissue,making precise identification and analysis of biological properties difficult, which hinders their further research and applications. Therefore, a defined understanding of the heterogeneity is a key to research of SCs. Traditional ensemble-based sequencing approaches, such as microarrays, reflect an average of expression levels across a large population, which overlook unique biological behaviors of individual cells, conceal cell-to-cell variations, and cannot understand the heterogeneity of SCs radically. The development of high throughput single cell RNA sequencing(scRNA-seq) has provided a new research tool in biology, ranging from identification of novel cell types and exploration of cell markers to the analysis of gene expression and predicating developmental trajectories. scRNA-seq has profoundly changed our understanding of a series of biological phenomena. Currently, it has been used in research of SCs in many fields, particularly for the research of heterogeneity and cell subpopulations in early embryonic development. In this review, we focus on the scRNA-seq technique and its applications to research of SCs.     

单细胞转录组测序技术在心脏发育、疾病以及医学中的 应用

单细胞转录组测序(Single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)可以在单细胞水平描绘出每个细胞同一基因的表达量在不同细胞间的表达水平差异,使得在单细胞水平重新认识各种组织器官成为可能.目前对心脏的测序研究正从传统的普通转录组水平过渡到单细胞水平,对小鼠和人的心脏的测序陆续地发表出来.概述了s...     

单细胞RNA测序技术在病毒研究中的应用

单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)技术已经成为不同领域中研究细胞异质性的有效工具。在病毒研究领域中,利用该技术分析病毒和细胞的转录组,可以在单细胞水平上检测病毒感染的动态变化,了解病毒与细胞间复杂的相互作用。本文简述了scRNA-seq技术,着重介绍病毒感染宿主细胞后scRNA-seq研究的最新进展,同时也描述了细胞周期、基因表达、细胞状态等细胞异质性对病毒感染过程的影响,以及病毒变异对其本身感染过程的影响。此外,本文还分析了scRNA-seq在研究病毒–宿主互作动态变化方面具有的独特优势,及其在病毒研究领域中广阔的应用前景,为揭示病毒的感染与致病机制、抗病毒靶标的开发等提供参考。     

人树突状细胞的大量培养及鉴定

摘要 目的：探讨人树突状细胞体外大量培养及鉴定方法。方法：采用免疫磁珠法分离纯化CD34⁺干细胞;采用含有TPO、SCF、Flt3L和IL-3的扩增培养基培养1周,以及含有SCF、Flt3L、GM-CSF和IL-4的分化培养基培养2-3周,获得CD34⁺细胞来源树突状细胞。采用普通光学显微镜观察细胞形态,牛鲍氏血细胞计数板进行细胞计数,荧光抗体标记、流式细胞仪检测细胞纯度和细胞表面共刺激分子的表达情况。结果：以含有TPO、SCF、Flt3L和IL-3的培养基扩展培养一周,及含有SCF、Flt3L、GM-CSF和IL-4的培养基诱导分化3周,可获得大量悬浮细胞;细胞数目扩增倍数约达50倍;普通光学显微镜下可见悬浮细胞有明显的树突状凸起;流式细胞术检测结果显示悬浮细胞中CD141和CD11c双阳性细胞（等同于单核细胞来源树突状细胞）比例达30%,此群细胞高表达HLA-DR和CD209,低表达共刺激分子CD80和CD86;细胞寿命较短,40天时培养体系中悬浮细胞和CD34⁺细胞来源树突状细胞数目急剧减少。结论：采用多细胞因子联合刺激可获得大量的树突状细胞,为树突状细胞的特性及功能学研究奠定了基础。