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看这个热点的国自然中标趋势图,发现…它可能更热!

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纵观国自然热点,都逃不开下面这条曲线:横空出世一个热点(新发现、新名词、新技术等),迅速获得广大科研工作者的关注,大家都来研究它,不久就被研究烂了,热度渐下,这时候肯定有新的热点要追。所以想追热点也要看准下手时机,预测一下热点处在哪个阶段。

小编就以高通量测序的例子来说,下图可以看出高通量测序在08、09年迅速获得大量资助,但是由于技术的普及,高通量测序已经变成一个应用广泛的基础技术手段,单纯凭名字已经不能算作一个创新点了。

下面就是重头戏了,看一下单细胞测序的中标数量趋势图,完全处在上升阶段。这个趋势看起来太让人激动,单细胞测序技术未来大有可为,这个热点,你还不蹭?

为了向更多的小伙伴介绍单细胞测序技术,小编今天要讲一篇17年8月发表在Nat Rev Cancer上的一篇综述(Unravelling biology and shifting paradigms in cancer with single-cell sequencing),里面主要讲了单细胞测序的现有技术与局限性,以及在肿瘤过程中的应用,适合对单细胞测序不是特别了解的小伙伴阅读,看看能不能与自己的研究方向相结合,蹭一波热度。

现有技术的局限性。文中比较了几种技术的优缺点,指出了它们的局限性。同时,作者还指出,没有“最好”的方法,这些优秀的方法都适合解决特定的生物学问题。

单细胞测序的应用方面,作者从两个方面进行讲述:一、单细胞测序可以推进癌症生物学和遗传学研究。二、单细胞测序可以改变常规的肿瘤研究的范式。

Advancing cancer biology and genetics

总的来说,单细胞测序有可能以两种方式研究癌症:1.通过转录组和基因组分析异质细胞群 2.通过分析与致癌过程相关的稀有细胞。而这适用于从肿瘤早期癌变到原发性肿瘤及其最终转移的肿瘤发展所有阶段。

细胞来源

鉴定具有成癌能力的细胞亚群或亚群(即起源细胞)是癌症生物学中的一个重要目标,并且是一个深入研究的领域。需要事先了解构成正常组织的亚群或细胞类型才能开始解决这个问题。

单细胞RNA测序技术允许在单次实验中检测数百个单细胞的转录状态,从而对带转录标记的构成正常组织的细胞类型进行无偏见的de novo鉴定。

癌前病变

人们普遍认为,早期识别恶变前疾病以及监测和早期疾病管理可以显着降低癌症发病率。

然而,这个阶段的通常只能获得少量的细胞物质,同时缺乏相应的分析手段,因此对恶变前疾病的研究受到限制。

单细胞基因组、转录组和表观基因组分析现在提供了研究珍贵却低丰度细胞的强大工具。

原发性疾病

虽然我们关于癌症的大部分知识源于对源自原发性肿瘤的材料的分子分析,但我们对疾病这一基本阶段的理解仍存在很大差距。例如,从恶变前到侵袭性疾病的转变背后的过程尚未完全了解。

而单细胞测序显示有助于进一步了解这一阶段疾病的几乎各个方面。

转移性疾病

可以认为,转移扩散是癌症进化过程的最终产物,因为它是患者死亡的主要原因,并且通常难以进行治疗干预。然而,尽管这个过程很重要,却仍有许多问题尚未解决。如:

  • 该过程是否涉及获得遗传改变,或者是否所有肿瘤细胞都具有转移能力,每次发生转移都是随机事件的结果?
  • 转移性传播是一种单向的,一次性的事件,还是更具活力?
  • 转移性癌细胞的转化微环境是否存在转录状态,这种改变是否会导致耐药性?

所有这些问题以及更多问题都可以使用单细胞测序方法进行探索。同时,作者举例介绍了单细胞测序技术在癌细胞、微环境、循环肿瘤细胞中的应用。

Paradigm shifts

技术的发展对科学产生了变革性的影响,并且在某些情况下显著促进了临床研究的进步。同样,NGS技术彻底改变了大家对癌症遗传学的认识,并逐渐渗透到临床领域。

过去30年里,癌症研究一直受到一种范式的支配,该范式以体细胞突变改变的基因(所谓的癌症基因)为中心,研究它们的功能表征以及用于治疗的生化活动靶向。在这里,作者认为单细胞测序可能从根本上改变大家对癌症的研究方式,成为NGS革命的重要组成部分。

风险评估与早期阶段检测

单细胞测序技术现在有可能通过以全基因组,无偏见的方式测量初始单细胞中RNA和/或DNA中的分子特征(如非克隆体细胞突变和细胞状态)的能力来改变易感性风险评估。

同样地,单细胞测序由于技术上解决问题的优点及能分析从恶变前组织中提取的微量材料的能力,因此具有巨大的潜力用来进行肿瘤前病变的早期检测。

组合定位和实时监控

NGS技术在癌症分子水平上的研究已经表明每个肿瘤都是独特的,肿瘤间的遗传异质性得到公认,并改变了临床时间的格局。

而深度全基因组,全外显子组和单细胞测序方法提供了前所未有的肿瘤内遗传异质性程度的观点,其数量通常与不同肿瘤之间的程度相似。

作者提出,由于肿瘤的异质性,治疗的有效靶向可能需要应用组合疗法,而单细胞测序技术无疑会发挥重要作用。

在每一个应用当中,作者都举了许多例子进行佐证他的观点,限于篇幅,不再讨论,想了解更多的小伙伴可直接去阅读文献。

这里,小编选取其中一个比较典型的图例进行讲解单细胞测序能做些什么

图中运用单细胞测序技术得到了肺癌相关新的标志物和界定了新的疾病类群。

  •  图a

左边:可以通过染色情况看到肺癌组织的细胞成分的变化

右边:通过单细胞转录组测序获得基因表达矩阵鉴定的各种细胞类型和/或亚群的分布

  •  图b

左图:是H&E染色同时有非小细胞肺癌细胞(NSCLC)和小细胞肺癌(SCLC)细胞的肺癌组织,在人肿瘤组织中经常发现这两个亚型有不同的生物学特性。

右图:通过单细胞基因组测序来构建基因组遗传图谱来鉴别亚型转换的分子决定因素,这一分子与靶向治疗相关。也阐明了基因组的改变导致的异质性可能带来靶向治疗的抗性。

  •  图c

左图:肺腺癌患者通过肺灌洗分离的细胞进行染色成像,肺灌洗可用于肺癌患者中获取细胞进行单细胞分析

右图:单细胞RNA-seq测序检测吸烟者肺部少量细胞癌变放生癌变获得数据的做的热图

  •  图d

左图:荧光图像,用来显示荧光标记转移性肺癌细胞在血液中的荧光标记的CTC细胞。

右图:通过单细胞基因组测序然后进行主成分分析分成两个CTC亚群,一个亚群显示间变性淋巴瘤激酶(ALK)易位另一个亚群显示表皮生长因子受体(EGFR)突变,这一信息有助于为病人制定有效的组合治疗。

想了解更多关于单细胞测序的内容,请查看之前的推文:

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Cell文献解读丨同是研究三阴乳腺癌,为何偏偏它有28分?

 

参考文献:Unravelling biology and shifting paradigms in cancer with single-cell sequencing.Nat Rev Cancer. 2017 Aug 24;17(9):557-569.

 

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本文由 GCBI学院 作者:乞嘚咙咚呛咚呛 发表,转载请注明来源!

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