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Science:一种更快速的细胞普查方法
【字体: 大 中 小 】 时间:2017年08月24日 来源:生物通
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人体内究竟有多少种细胞?教科书上的答案是几百种。不过,华盛顿大学的遗传学家Jay Shendure认为,这实在有点少。许多像他这样的科学家都想建立一个更完整的细胞目录。
生物通报道 人体内究竟有多少种细胞?教科书上的答案是几百种。不过,华盛顿大学的遗传学家Jay Shendure认为,这实在有点少。许多像他这样的科学家都想建立一个更完整的细胞目录。
于是,Shendure博士及其同事开发出一种更快速的细胞普查方法。他们不是一次检测一个细胞,而是一次测定42,035个细胞的基因表达。这种新方法于8月18日发表在《Science》杂志上。
在实验室中,科学家很容易区分肌肉细胞和神经细胞。不过,在这两个大类下面还有许多不同类型的细胞。比如,肌肉细胞可能是骨骼肌细胞,帮助你行走或拿东西。它也可能是肠道内的平滑肌细胞。心脏也是由特定的肌肉细胞组成,称为心肌细胞。
从遗传上说,人体内的所有细胞都是相同的。它们携带了大约2万个相同的蛋白编码基因。每种类型的不同之处在于它们使用特定的基因组合来产生蛋白质。Shendure及其同事认为,检测细胞内的RNA分子可以提供一些线索。为此,他们开发出一种分子“条形码”。
首先,研究人员将数千个细胞倒在数百个微型孔上。每个孔含有分子标签,与细胞内的每个RNA分子相连接。这个过程重复两次或多次,直至每个细胞都带有独特组合的标签。然后,他们裂解细胞,立即读取标签的序列。这些条形码让研究人员了解每个细胞中哪些基因是活跃的。
Shendure博士及其同事将这种方法称为sci-RNA-seq(单细胞组合索引RNA测序)。为了检验它,他们开始对线虫的每个细胞进行分类。作为著名的模式生物,线虫经历了数十年的广泛研究。Shendure想看看sci-RNA-seq的结果与过去的结果是否一致。
他们养了15万条线虫的幼虫,然后用药物将它们分散成单细胞,再标记细胞中的所有RNA。通过这种方式,研究人员能够鉴定出之前确定的27种细胞类型。不过,他们可将细胞再细分成更小的组,而每个组的基因表达都略有不同。比如,他们鉴定出40种不同类型的神经元,包括一些很罕见的类型。
然而,即使是线虫这种简单的动物,sci-RNA-seq也远远不能捕获细胞类型的复杂性。研究人员无法将某些神经元簇与已知类型的细胞相匹配,也没有发现早期研究中记录的118种不同神经元的大部分。“我们不认为这个项目已经完成,”Shendure说。
Wellcome Trust Sanger研究所的细胞生物学家Sarah A. Teichmann表示,这项研究表明,细胞分型领域的发展速度有多快。她本人没参与这项研究。在2009年,科学家才设法测定单细胞中的基因表达。Teichmann等人三年前打破了一千个细胞的壁垒。
这种指数级的增长对于人类细胞图谱(Human Cell Atlas)的成功至关重要。这是一个国际项目,由Broad研究所和Sanger研究所在2016年发起,目的是创建人体中每种细胞类型的完整目录。
此领域的先锋人物、Broad研究所的Aviv Regev博士认为,人体与线虫之间的差异将带来一些不同的策略。一方面,人体比线虫大得多。研究人员肯定不会将人体打散成数万亿个细胞,再一次性分析它们。HCA项目将通过器官、组织和系统来进行。
另一方面,线虫的发育遵循严格控制的遗传程序。它的细胞总在同一个地方,数量也相同。而人类的发育过程要灵活得多,这个人的细胞位置可能与那个人就不同。
尽管如此,sci-RNA-seq仍然是人类细胞分型工作中一种有用的工具。Teichmann博士表示:“主要优势在于它能够扩展,在实验中捕获更多的细胞。这是一种优雅但强大的方法。”(生物通 薄荷)
原文检索
Comprehensive single-cell transcriptional profiling of a multicellular organism
Science 18 Aug 2017:
Vol. 357, Issue 6352, pp. 661-667
DOI: 10.1126/science.aam8940