單細胞解離那些事

單細胞核測序技術

在有些情況下,細胞是很難完整分離的,比如長期保存的組織,或者大腦細胞和脂肪細胞。在分離細胞時所用的酶和破壞力往往會影響其他細胞區室的內容。此時,單核RNA測序就顯得特別重要。

細胞核轉錄組是否代表了整個細胞的轉錄組,以及在snRNA-seq中發現的基因是否或多或少與特定研究相關。一些比較單細胞RNA測序(scRNA-seq)和單核RNA測序的研究表明,轉錄本在整個細胞和細胞核中的表達程度相當。

單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術的飛速發展使人們對組織中細胞種類、細胞的特殊狀態有了深入認識。但是,scRNA-seq對于器官或者固體組織制備的細胞懸液的細胞活性和細胞數目有著較高的要求,這也意味著 “躺在”超低溫冰箱中的大量珍貴臨床樣本(腦組織,腫瘤組織等)都無法進行scRNA測序。單細胞核RNA測序技術(snRNA-seq)的出現,則在很大程度上解決了以上問題。

雖然細胞核內的遺傳物質可以大體代表整個細胞,然而,細胞質和細胞核之間的RNA類型和比例卻存在一定的差異。RNA首先在細胞核內轉錄,并在細胞核內積累到穩定狀態。在細胞質中, mRNA根據其出核率和不同的命運,包括轉運到特定的亞細胞位置、核糖體的翻譯、小RNA的降解等,達到不同的穩態水平。研究人員發現,細胞核RNA中含有大量的非編碼序列,其中包含41%的基因間區序列和25%的內含子序列。同時,研究人員也發現有41.7%的轉錄本序列只在細胞核中存在。多項研究表明,將內含子區域的reads增加了snRNA-seq的敏感性,并提高識別細胞類型的分辨率。因此,在處理單細胞核RNA測序數據時,納入內含子序列具有重要意義。下面,就讓我們詳細了解一下針對不同組織樣本進行snRNA-seq的部分案例與要點。

單細胞核測序技術在樣本適用性上較單細胞RNA測序技術更有優勢,它不局限于新鮮的組織樣本,適用于冰凍樣本。此外,單細胞核的制備相對于單細胞懸液的制備要更簡單,可以盡量減少酶解,機械壓力誘導的假的細胞類群的產生。在數據分析方面,單細胞核RNA測序可以獲得內含子區、基因間區的數據,使細胞類型的鑒定分辨率更高,獲得的基因信息相對更加豐富。

很多老師想要研究某些特殊樣本,例如心肌細胞和神經元;也有很多老師手上有頗為珍貴的臨床凍存樣本,但是受限于單細胞測序對于樣本的嚴格要求——細胞數量要求大于105個、活細胞數在90%以上、細胞直徑小于40μm等,只能望“單”而嘆!

同時,受限于樣本解離過程,單細胞測序存在三大問題

  1. 僅適用于新鮮組織樣本,對于凍存樣本,由于細胞已經喪失活性,因此無法開展scRNA-seq。
  2. 解離過程會誘導應激基因的表達,引起細胞轉錄模式發生“人為改變”(artifactual transcriptional stress responses),造成轉錄偏好(bias)。這樣獲得的數據無法真實的反應樣本的細胞轉錄狀態,結果的可靠性大大降低。
  3. 對于很多實體組織,如腦、心臟、腎臟等,蛋白酶傾向于將易于解離的細胞類型解離下來,因此會丟失不易解離的細胞;同時一些較為敏感的細胞可能會因為解離過度而破碎。這樣,解離過程無法有效的獲取到組織中的所有細胞類型,結果的準確性大為降低。
    由于上述問題,單細胞核測序(snRNA-seq)逐漸受到人們重視!

單細胞測序的科研人員都會遇到以下這樣的問題:

  1. 單細胞RNA測序不能準確地捕獲組織中所有細胞類型(比如腎臟,腦),因為單細胞解離本身可能損害敏感細胞。

  2. 目前用于單細胞解離的酶和機械方法會引入了因裂解壓力誘導的轉錄產物。

  3. 活性蛋白酶傾向于選擇易解離的細胞類型。不易解離的細胞可能會被丟失。

  4. 目前的方法與冷凍樣本材料不兼容(冷凍樣本不能用于單細胞測序),但是有的時候,臨床所取的樣本需要等待病理診斷后才能去做單細胞測序(比如腎臟活檢樣本),因此為了保證樣本的RNA穩定性,需要進行凍存。

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REF

https://www.bilibili.com/video/BV1wf4y1X7eq?from=search&seid=15081398626874780059

http://www.ebiotrade.com/newsf/2019-12/2019129172619642.htm

https://www.seqchina.cn/12456.html

https://www.bilibili.com/read/cv7707622
單細胞核測序技術 - emanlee - 博客園 https://www.cnblogs.com/emanlee/p/14953979.html

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