2022-06-30 19:40:26, 星标关注 上海欧易生物医学科技有限公司
生命的本质是不同类型细胞的互作网络,其中多样化的信号分子决定了细胞的功能,影响细胞间的相互作用,定义了网络的特性,进而展现出多姿多彩的生命现象
单细胞测序是解析细胞功能最强大、最精准的技术手段
外泌体miRNA是最为关键的信号分子之一,在各种生理、病理过程中发挥着至关重要的调控作用
单细胞转录组与外泌体miRNA的“联合”,大大促进了对生命现象背后分子机理的深入解析,成就高质量、高水平研究
当前的技术空白导致了外泌体miRNA及单细胞测序只能相互独立进行,大大限制了通过两者的有机结合来挖掘更深入的分子机制
exo+snRNA-seq填补了现有技术空白,通过同时测序同一组织中的外泌体miRNA和单细胞核转录组,为挖掘更系统、更深入、更精准的生物学机制提供新的机遇
写在最后:两大标志物的“联手”,将为更精准有效的临床检测和治疗方案带来革命性的提升
欧易exo+snRNA-seq技术服务
欧易生物是国内最早开展单细胞测序的公司之一,在国内首批推出单细胞核测序服务。目前拥有10x Genomics及BD Rhapsody两个单细胞测序平台,以及完整、系统的生物信息学分析技术和流程,竭诚为广大用户提供高质量的单细胞测序服务。
经过技术开发与沉淀、持续优化及改进,现推出exo+snRNA-seq服务,协助各位老师进行更深入、更系统的研究。该方法目前适用于大多数种类的动物样本组织,包括小鼠肾、肺、心、肝等组织,人类各种癌症组织,均取得了良好的效果,部分结果如(图2、图3)所示。欢迎各位老师垂电咨询。
图2 以小鼠肺及肾为样本进行单细胞核测序验证。
镜检结果表明细胞核状态良好,碎片、结团、细胞核总量、浓度等指标均满足上机要求。单细胞核测序结果表明细胞类群完整,各类别细胞均能检测到且相互比例符合组织自身特性。
图3 以小鼠肺及肾为样本同时进行外泌体miRNA测序验证。
电镜结果显示能够观察到典型的“杯状”外泌体囊泡结构。以纳米流式对纯化的外泌体进行粒径分析,结果同样表明粒径符合典型的外泌体直径大小,且杂质很少,纯度较高。测序结果显示能够检出的miRNA数量均正常,符合组织特征。
FAQ
1、取样及样本寄送有什么要求?
取材时,组织离体后在冰上预冷的PBS中稍稍漂洗,将表面的血液洗净,用吸水纸或擦镜纸将组织表面的残留缓冲液尽量吸干,再将组织装于冻存管中,直接投于液氮中。速冻30分钟以上后可转移至-80℃冰箱中保存。运输时以干冰进行寄送。
2、为什么选择snRNA-seq( single nucleus RNA sequencing )而不是scRNA-seq(single cell RNA sequencing)?
首先,最重要的原因是“细胞活性”。因为解离组织的过程中,细胞仍保持着代谢活性,可能释放及吸收外泌体,特别是在酶解这样强烈的外接刺激下更是如此。这会对后续数据的真实性和可靠性造成非常大的影响,导致检测结果“失真”。其次,解离过程使用的酶解液会对外泌体造成较大影响,可能使囊泡结构“崩解”,从而导致很难纯化到高质量的外泌体,或者造成大量损失。经过我们前期大量验证,比较了多种酶解条件和组合,结果也较多的证实了这一点。另外,37℃酶解环境即使不对囊泡结构造成损伤,也会对其中的RNA造成很大影响,有极大的降解风险。而制备细胞核全程处于低温环境下,不存在这个担忧。
3、使用细胞核进行测序相比完整细胞丢失了很多细胞质中转录本,会不会对结果有什么影响?
之所以会以细胞核代替完整细胞(whole cell)进行单细胞转录组测序,主要是因为随着大量应用的展开,使用whole cell(scRNA-seq)逐渐显示出一些固有的方法学问题,主要有三点。
第一,仅适用于新鲜组织样本,对于冻存样本,由于细胞已经丧失活性,因此无法开展scRNA-seq。这一点极大的限制了单细胞测序技术的应用范围,同时也增加了操作的难度。
第二,解离过程会诱导应激基因的表达【32】,引起细胞转录模式发生“人为改变”(artifactual transcriptional stress responses),造成转录偏好(bias)。这样获得的数据无法真实的反映样本的细胞转录状态,结果的可靠性大大降低。
第三,对于很多实体组织,如脑、心脏、肾脏等,蛋白酶倾向于将易于解离的细胞类型解离下来,因此会丢失不易解离的细胞;同时一些较为敏感的细胞可能会因为解离过度而破碎。这样,解离过程无法有效的获取到组织中的所有细胞类型,结果的准确性大为降低,如上皮细胞在37℃解离过程中大量“丢失”【33】。而采用细胞核进行单细胞转录组测序(snRNA-seq)则很好的解决了以上问题,具有很大优势:
第一,可以进行冰冻样本操作,使样本类型大大扩增(如医院冻存的很多临床样本),且操作步骤大为简化而稳定。
第二,不会引入人为的转录偏好。冻存组织中细胞的转录组是被“冻结”于采样的时间点,细胞已基本丧失活性,不会再发生转录变化。因此,snRNA-seq不会出现转录偏好的情况,测序结果能够真实反映采样时间点的细胞转录模式,从而获知最为准确的细胞转录状态【34】。
第三,由于采用机械法和化学试剂破碎细胞,snRNA-seq不会出现酶解方法的偏好性,能够鉴定到的细胞类型更为全面和完整,所有细胞类型均能够得到有效回收和鉴定,帮助研究人员获取更加完整和全面的细胞图谱。大量、持续的文献研究已证明,使用细胞核测序和whole cell没有区别,在解答生物学问题中能起到同样的作用,例如近期发表的,在脑组织损伤研究【[35]】和肿瘤治疗评估研究中【36】,snRNA-seq均能够解答深入的机制性问题。详细信息可以参考BioArt 公众号2020年8月12日、欧易公众号2020年8月18日文章:《一篇文章终结你对单细胞核测序的所有困惑》。
另外,在外泌体miRNA这个应用场景下,相对scRNA-seq,snRNA-seq具有一定的优势。
第一,snRNA-seq能检测更为准确的细胞比例,在刻画细胞互作网络的全景图中更为有利,其结果更加完整、准确。
第二,miRNA调控的细胞功能转变是在转录水平,而不是转录后水平。例如上述他莫昔芬耐药性的研究案例中,CD63+CAF受转录因子STAT3的持续调控才能维持其细胞功能。对于转录水平的变化,测序细胞核内的RNA相对细胞质中的RNA要更“精准”一些,因为核内RNA更能反映细胞接收到miRNA信号调控后“即时”的动态变化。
4、能同时做血液的外泌体么?
当然可以,这主要取决于想要解答的生物学问题。一般说来,血液中外泌体主要用来作为标志物进行检测和筛选。也可以比较癌组织中的外泌体和血液中外泌体的差异,用来解答诸如癌细胞迁移的组织偏好性(extracellular vesicle-associated organotropic metastasis)等问题。
5、能不能进行长非编码RNA等其它类型核酸的研究?
可以。不过目前我们仍然聚焦在miRNA中,主要是因为miRNA目前的研究积累更为深厚,能够助推新技术的应用,特别是在深入阐释生物学意义的过程中,更有助于帮助老师挖掘数据背后的模式和解答所关注的生物学问题。
6、能不能同时进行外泌体的蛋白组学研究?
理论上没有障碍,最大的困难可能在于样本量不足,制备到的外泌体不够同时进行核酸和蛋白研究。欧易拥有完整的全组学服务方案和相应的高质量技术体系,目前正在尝试搭建外泌体蛋白组检测流程。我们未来希望能检测所有相关的信号分子,包括mRNA、非编码RNA、蛋白质甚至脂质等分子,从而形成单细胞通讯组学(Single Cell Communicatomics)这一新的高通量测序检测方法,为基础研究、临床检测等开辟新思路、新领域。
7、数据分析都包括什么内容?
目前分析内容包括三大部分,即miRNA测序分析、单细胞核测序分析和两者联合分析,其中两者联合分析较为倾向于个性化。特别是目前较为缺少前期研究的情况下,两者联合分析尚缺少较为明确的“套路”,需要结合具体生物学问题进行分析。欢迎各位老师在这一方面更多提出宝贵意见。
7.1 miRNA测序常规分析及报告
包括(1)已知miRNA比对统计;(2)差异miRNA筛选结果;(3)差异miRNA靶基因预测结果;(4)靶基因KEGG富集结果;(5)靶基因GO富集结果;(6)差异miRNA筛选参考文档等。
7.2 单细胞核测序常规分析及报告
包括常规单细胞分析的(1)降维与聚类;(2)细胞类型鉴定;(3)差异基因和差异基因功能分析;(4)拟时序分析;(5)细胞间通讯网络分析(基于配体-受体对)等。
7.3 miRNA及单细胞转录组联合分析
也包括三种主要内容:
7.3.1 挖掘哪些细胞受到miRNA的调控。7.3.1.1 miRNA与细胞转录组的共表达分析:是指将外泌体miRNA与全部细胞或特定类型细胞基因表达量进行共表达分析,构建共表达网络(coexpression network),再对特定miRNA的共表达基因中,挑选数据库中与该miRNA靶标基因“重叠”的基因。
7.3.1.2 筛选差异表达基因:特定生理或病理过程中特定miRNA响应相关基因在哪些细胞中差异表达,从而更加针对性的挖掘哪些细胞受到外泌体的调控。
7.3.1.3 不同类型细胞中是否表达相关miRNA的靶标基因或不同细胞类型中的差异表达基因是否为相关miRNA的靶标,例如肺癌微环境中的相关应激基因【37】,可将这些基因挑选出来,鉴定其在特定细胞中的差异表达,从而明确哪些细胞受到miRNA的调控。
7.3.2 挖掘哪些类型的细胞正在分泌外泌体。7.3.2.1 在全部细胞或特定类型细胞转录组中进行外泌体相关GO通路富集分析【30】,确定哪些细胞中相关GO通路被上调,从而确定哪些细胞正在分泌外泌体。
7.3.2.2 特定生理或病理过程中外泌体合成相关基因在特定细胞中的差异表达:目前已大量鉴定到关于外泌体合成的相关因子,可将这些基因挑选出来进行差异表达分析或确定是在哪些细胞中表达,从而确定是哪些细胞正在合成、分泌外泌体。
7.3.2.3 “抽取”外泌体合成相关基因来进行细胞的降维聚类,即将外泌体合成相关基因的表达量数据从总的转录数据中单独抽取出来,以它们的表达量对细胞进行聚类分析,从外泌体合成的这个角度对细胞类型进行深入分析。
7.3.3 联系生物学过程进一步深入挖掘与阐释。7.3.3.1 不同细胞之间的调控关系,即根据病理或生理过程,联系挖掘到的分泌外泌体与受到调控细胞之间的关系(分泌miRNA→受到调控),来阐释数据的生物学意义。
7.3.3.2 结合细胞间通讯网络分析结果(配体-受体对)详细阐释整个调控网络,例如上述肝内胆管细胞癌的例子中,miR-9-5p调控vCAF细胞中IL6的表达。
7.3.3.3 其它。例如癌与癌旁中相关差异表达miRNA及细胞类型差异表达基因;癌与癌旁中细胞之间的调控关系(癌细胞分泌miRNA→癌旁细胞受到调控);体液中miRNA与肿瘤组织中miRNA筛选差异表达miRNA,寻找生物标志物等等。具体可根据想要解答的生物学问题或者临床问题来深入讨论和进行实验设计。
关于欧易
2009年,从基因芯片技术入手,本着为客户提供优质而有温度的高端技术服务这一简单想法,欧易开启了事业征程。十年来,沐风栉雨,初心不改,从文库技术到基因芯片技术、二代测序技术、三代测序技术、、单细胞测序技术、质谱技术,我们一直在高端组学技术领域开拓前行。通过技术开发、流程优化、精良设备引进、优秀人才聚集、持续管理提升,欧易建立起了行业一流的质量标准以及严格的质控体系,并始终秉承“硬数据,好服务”的一贯追求,为客户提供优质的高端技术服务。
欧易先后获得Agilent、 Affymetrix、Pacbio、10x Genomics在中国的认证服务商资质,先后与中国海洋大学、中科院遗传所等建立了紧密的产学研合作,与日立诊断公司共建联合研发实验室,并先后获得“上海市高新技术企业”、“浦东研发机构”、“专精特新企业”等政府资质。
2017年,控股上海鹿明生物,实现了从基因组、转录组、表观组到蛋白组、代谢组的完整全组学技术服务;成立晶准医药,实现了从科技服务到精准医疗的跨越,在多年技术积累的基础上,全力推进分子诊断产品的研究与开发。
成立以来,欧易已经服务客户近万名,用户单位过千家,协助客户发表SCI论文数千篇,积极参与并推动了科技服务产业的发展。今天的欧易,以生物科技为核心,以科技服务、分子诊断为两大主攻方向,正昂首阔步迈向未来。
欢迎有意向开展单细胞测序研究的老师们向我们咨询沟通相关问题 (技术热线:021-34781616)
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