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空间转录组
空间转录组技术2020年被nature
method评为年度技术,基于单细胞组学在近三年发展起来的新兴领域,可以解析时间和空间维度上单个细胞的基因表达模式,以及细胞类群的空间位置关系及生物学特征。对于理解细胞生物学,发育生物学,神经生物学,肿瘤生物学等的关键信息至关重要,因特定的细胞类型及其特定组织与生物学活性至关重要,可以填补组织和器官水平上位置与功能关系研究的空白。
应用领域
- 发育调控:
胚胎发育/细胞分化-调控图谱绘制/细胞发育路线拟合等
- 肿瘤/疾病:
致病机理/调控网络/转录因子研究中细胞位置与功能关系研究等
产品优势
- 前沿热点信息分析:紧跟热点分析方法趋势,可实现高通量单细胞RNA-Seq与空间转录组联合注释分析;
- 采用新研究工具:采用Seruat V4.0,优先发文,快人一步;
- “0”单细胞数据拆分错误#:搭载DNBSEQTM测序系统,不惧样本间单个细胞数据弄混;
- 丰富的项目经验:华大基因成立至今,单细胞服务业务国内首家,合作伙伴遍布全球,多项科研成果在顶尖杂志上发表。
研究流程
- 实验流程,主要分为两大步骤:
1)预实验阶段:
a. 将样本进行冷冻后,使用Optimal Cutting Temperature (OCT)化合物进行组织包埋,且需要进行位置信息标记;
b. 其次根据研究目的,进行冷冻切片制备后,选取部分切片进行RNA质检;
c. 如RNA质检合格后,将进行透化实验- 透化时间的摸索,根据RNA释放的质量和完整性情况,决定后续正式实验中透化的实验条件。
2)正式实验:
a. 将继续完成正式冷冻切片制备,进行甲醛固定,组织透化,HE染色,显微镜拍照成像;
b. 再将组织切片贴合在含有与RNA结合捕获探针的载玻片上捕获区域,并进行固定和透化,使细胞中的mRNA得到释放,结合到相应的捕获探针上;
c. 将捕获的RNA为模板,进行cDNA合成和文库构建;
d. 对制备好的文库进行DNBSEQ平台测序。
图1 基于10x Visium空间转录组工作流程图
- 测序策略
测序平台:DNBSEQ平台
测序读长:PE100
数据量推荐:测定芯片上5000spot点,测序1lane-约300Mreads(数据上下浮动20%)
- 信息分析阶段
信息分析条款 |
信息分析内容 |
标准信息分析 (需要基于良好的参考序列, 且每个样本拆分出的细胞数目上下浮动在20%或以内的误差皆属于正常范围) |
基本分析 1.测序结果统计; 2.比对结果统计; 3.定量分析 ; 标准分析 4. 质控(细胞周期因素去除,双胞去除等); 5. spot聚类分析; 6. 样本间差异基因鉴定; 7. spot类别鉴定; 8. sopt点位置信息分析 9. 差异表达基因GO功能分析; 10.差异表达基因Pathway功能分析; 11.差异表达基因TF编码能力预测; 12.差异表达基因蛋白互作分析; 13.基因相关性网络分析; 14.Reactome富集; 15.GSEA 富集(选做,需2个样本以上); 16.GSVA 富集; 个性化分析 17.RNA速率; 18.细胞通讯iTALK;(需要确定终版细胞类群); 19.细胞通讯cellphoneDB;(需要确定终版细胞类群); 20.细胞轨迹分析;(需要指定细胞类群); 21.CNV分析(选做,肿瘤和对照-需2个样本以上); |
定制化信息分析 |
可结合客户的需求,协商确定定制化信息分析内容。 |
空间转录组应用- 肿瘤研究方向(多组学联合分析)
Multimodal Analysis of Composition and Spatial Architecture in Human Squamous Cell Carcinoma
发表杂志: Cell
发表时间: 23 July 2020
肿瘤类型:人皮肤鳞状细胞癌
研究内容:
为了定义皮肤鳞状细胞癌(cSCC)的细胞组成和结构,本文结合空间转录组学和一系列离子束成像的单细胞RNA测序等技术, 研究皮肤鳞状细胞癌和正常皮肤的差异, cSCC表现出四个肿瘤亚群,三个概括正常的表皮状态,以及癌症特有的肿瘤特异性角质形成细胞(TSK)群体,单细胞和空间数据映射的配体-受体网络的整合针对特定的细胞类型,揭示了TSK细胞是细胞间通讯的枢纽。这些数据定义了cSCC肿瘤和基质细胞亚群,通过空间转录组研究,进一步研究目的细胞群互做关系,以及他们参与癌症的交流基因网络。
方案设计:
图 1 实验方案设计整体流程图
主要研究结果展示:
1. 通过scRNA-Seq发现特异性的细胞亚群—— 癌症所特有的肿瘤特异性角化细胞(TSK)
图2 细胞类群对比结果图
2. 将scRNA-Seq目的研究细胞群-肿瘤角质细胞(TSK)与肿瘤空间结果进行联合分析,展现TSK细胞在空间位置上基因表达情况,以及TSK标记marker基因MMP10
图3 联合注释分析及TSK细胞空间定位与marker基因鉴定
参考文献:
[1] Ji A L, Rubin A J, Thrane K, et al. Multimodal analysis of composition and spatial architecture in human squamous cell carcinoma[J]. Cell, 2020, 182(2): 497-514. e22
结果展示
图1 单细胞类群二维聚类图 图2 单细胞类群在映射到样品原空间位置
图3 单细胞类群在空间位置上注释信息
图4 联合scRNA-Seq数据进行联合注释
1. OCT冷冻包埋送样;
2. 组织切块大小建议0.65cm^3。
* 详细方法请见送样建议以及OCT包埋方法
Q1. 可以邮寄速冻组织吗?
答: 不可以,建议新鲜样本使用OCT包埋好,进行邮寄;如有切片设备,可以切到目的区域后,再进行邮寄。
Q2. 实验方案设计中一般需要切片多少片?
答:建议根据实验目的和研究方向进行考虑,根据目前现有发表文献进行总结和建议如下,供参考:
Q3. 信息分析可以关联高通量单细胞RNA-Seq测序吗?
答:可以,通过两种组学各细胞基因表达量等相关数据,利用seruat软件进行关联分析,实现高通量单细胞数据补充注释空间转录组结果。
Q4:哪类组织样品执行空间转录组的风险较大?
答:对于皮肤、骨组织、正常胰腺、血管、脂肪等样本类型,由于皮肤质地过于柔软、骨组织太坚硬且RNA含量低、胰腺内消化酶过多不能保持完整形态、血管大部分rin值较低、脂肪易脱片且HE染色效果不好,会有油脂残留,需慎重送样。