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单细胞RNA测序生信分析简介

时间:2019-06-19 12:09来源:生信自学网 作者:乐伟 点击:
单细胞测序是指在单个细胞水平上进行测序。单细胞转录组测序(single cell RNA ,scRNA-seq)是指对于单个细胞水平上将mRNA反转录扩增后进行高通量测序的技术。
在这个飞速发展的测序时代,DNA和RNA测序已经逐渐成为“实验室中的家常菜”。若要评选出目前最受欢迎的一道菜,那恐怕非单细胞RNA测序莫属。
以往,研究人员通常利用RNA测序(RNA-seq)来检测样本中的所有RNA转录本,以发现新型RNA,或开展基因表达分析。不过,测序的对象往往是组织样本或细胞群,这使得细胞之间的差异有可能被平均值所掩盖。

单细胞测序是指在单个细胞水平上进行测序。单细胞转录组测序(single cell RNA ,scRNA-seq)是指对于单个细胞水平上将mRNA反转录扩增后进行高通量测序的技术。
单细胞测序通过在单个细胞水平上进行测序,解决了用组织样本无法获得不同细胞间的异质性信息或样本量太少无法进行常规测序的难题,为科学家研究单个细胞的行为、机制等提供了新的方向。
单细胞基因组测序主要包括四个步骤:单细胞分离——扩增——高通量测序——数据分析。

单细胞测序的优势:
目前常规的测序主要是数百万甚至更多细胞的混合DNA样本。这种方法能够得到基因表达信息,但是对其进行研究得到的结果只是一群细胞中信号的平均值,或者只代表其中占优势数量的细胞信息,单个细胞独有的特性被忽视。
单细胞RNA-seq能够独立地提供每个细胞的RNA表达谱,并鉴定异质细胞群中的稀有细胞。尽管肿瘤异质性可归因于积累突变,但即使是遗传上相同的细胞在相同环境下也可能表现出基因和蛋白表达水平的差异,单细胞RNA-seq就能够发现这些稀有个体,比如在肿瘤组织中,肿块中心的细胞,肿块周围的细胞,淋巴转移灶的细胞,以及远端转移的细胞,其基因组和转录组等遗传信息,是存在差异的。

作为独一无二的个体,细胞宝宝也许并不乐意自己的光芒被掩盖。于是,单细胞测序应运而生。自2013年被《Nature Methods》评为年度技术以来,这项技术正被迅速地采用,发表文献的数量也在逐年递增。
单细胞RNA-seq能够独立地提供每个细胞的RNA表达谱,并鉴定异质细胞群中的稀有细胞。尽管肿瘤异质性可归因于累积突变,但即使是遗传上相同的细胞在相同环境下也可能表现出基因和蛋白表达水平的差异,从而导致耐药性的产生。单细胞RNA-seq就能够发现这些稀有个体。
 
单细胞RNA-seq的流程
当然,单细胞RNA-seq的开展绝非易事,需要用到一系列尖端技术。大家首先要高效分离单细胞,然后进行RNA提取、逆转录、文库制备和测序,最后再通过生物信息学软件进行数据分析。其中,第一步 – 单细胞分离就相当棘手。
单细胞测序生信分析
由于每个单细胞都是独特的,不可能开展重复实验并评估噪音。因此,必须采取一些质量控制手段,以确保数据的可靠性。专家建议,向每个细胞裂解液中加入已知序列和数量的合成mRNA,如外源RNA对照联盟(ERCC)开发的加标RNA。这些RNA的读数将提供样本间差异的信息。
 
总的来说,单细胞水平的转录组分析可以揭示细胞群体中的细胞异质性,强调了个别细胞的与众不同。此外,同时分析多种分子(如DNA、RNA和蛋白质)的方法也不断被开发出来。这种更全面的单细胞组图有望进一步加深我们对生物学过程的了解,对未来的科研及临床研究大有裨益。
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