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单细胞技术应用——干细胞生物学
发布时间:2020-07-30 浏览次数:6814
诱导多能干细胞 (induced Pluripotent Stem Cell,iPSC) 是将成体细胞通过重编程技术而获得 的,一种类似胚胎干细胞样特性的多潜能细胞。但是体细胞重编程的效率不高,只有一小部分细胞成 为 iPSC。这导致获取 iPSC 需要极高的成本。使用单细胞技术对 iPSC 进行研究,有助于追踪干细胞分 化和发育的过程,提高重编程效率,降低 iPSC 的应用成本。

干细胞分化与发育

诱导多能干细胞 (induced Pluripotent Stem Cell,iPSC)  是将成体细胞通过重编程技术而获得   的,一种类似胚胎干细胞样特性的多潜能细胞。但是体细胞重编程的效率不高,只有一小部分细胞成   为 iPSC。这导致获取 iPSC 需要极高的成本。使用单细胞技术对 iPSC 进行研究,有助于追踪干细胞分   化和发育的过程,提高重编程效率,降低 iPSC 的应用成本。

对不同阶段小鼠 iPSC 细胞进行 scRNA-seq[Buganim, Y et al. Cell. 2012] 发现,Esrrb、Utf1、Lin28 和 Dppa2 的表达比 Fbxo15、Fgf4 和 Oct4 的表达更能预测细胞是否进入 iPSC 阶段;对胚胎不同   时间线上的单细胞转录组和表观组测序 [Cacchiarelli, D et al. Cell. 2015],可观察早期胚胎发育   的模式基因;对主动脉内皮的 scRNA-seq [Lukowski SW et al. Cell Rep. 2019],可确定血管内祖   细胞和分化细胞之间的层次关系;对正在分化中的 iPSC 进行 scRNA-seq [Cuomo ASE et al. Nat Commun. 2020]  揭示了基因表达的动态遗传效应。


干细胞鉴定

胚胎干细胞(ESC)等各类干细胞与身体其他细胞之间的高精度关系仍然没有明确定义,研究人员通过对不同类型干细胞的单细胞分析,可以对干细胞进行有效的分类、特征和功能鉴定。汤富酬教授等人 [Tang, F et al. Cell Stem Cell. 2010] 对胚胎干细胞进行单细胞转录组测序,初次阐明了人内细胞团(ICM)向 ESC 转变的高精度变化,揭示编码代谢因子的改变以及编码表观遗传抑   制因子的增加。此外,也有大量研究在不同层次对干细胞的种类和特性进行了研究(表 2-7)。

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表 2-7  干细胞部分研究成果


基于干细胞的疾病研究与治疗

对干细胞进行单细胞分析,可以更好地理解疾病相关分子的潜在分泌途经,从而对疾病发生机制有全新的了解。

目前,基于干细胞的单细胞测序已被用于疾病的研究。有研究通过对人诱导多能干细胞(iPSC)的   单细胞测序([Liao M. C et al. J. Neurosci. 2016],图 2-6),测定了与 AD(阿尔茨海默病)发病   相关的核心分子——淀粉样 β(aβ)和可溶性淀粉样前体蛋白  α(sAPPα),揭示了分子动态范围,发现了 APP 裂解的复杂性;对慢性粒细胞白血病(CML)患者的 scRNA-seq 发现,慢性粒细胞白血病癌   症干细胞 CML-SCs 具有异质性 [Giustacchini A et al. Nat Med. 2017],为 CML 造血破坏与临床结   局的关系提供了新的见解。

在单细胞水平上深入了解疾病机制或疾病治疗相关细胞信息,可指导针对相关细胞类型的新治疗   策略开发。对间充质干细胞(MSCs)进行 scRNA-seq[Huang, Y. et al. Cell Death Dis. 2019] 发现,MSCs 异质性受细胞周期状态的控制且异质性有限。用 IFNγ  和 TNFα  对 MSC 进行预处理后,MSCs 的基   因表达呈现出均匀变化。由此,为疾病治疗中 MSCs 的标准化提供了参考。

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图  2-3  单细胞技术检测  APP  裂解产物过程图


伯豪生物单细胞多组学研究

伯豪生物作为国内单细胞组学研究整体解决方案的提供者和领导者,伯豪生物已经建立起了完整的单细胞水平的研究平台,贯穿起基因组、转录组、表观组、蛋白组、免疫组等多组学交叉领域,也整合了包括 SMART-Seq 在内的多种经典单细胞测序技术和包括 BD Rhapsody™、10XGenomics 在内的创新单细胞分析技术,涵盖单细胞基因组测序、单细胞转录组测序、单细胞 ATAC 测序、单细胞转录组和蛋白质标志物平行分析等等。

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