單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組探索急性髓系白血病
作者：天涯清水
編輯：薛定諤的貓
本文首發(fā)于單細(xì)胞天地
當(dāng)你的才華還撐不起你的野心時，請潛下心來异旧，腳踏實地涵卵，跟著我們慢慢進(jìn)步。不知不覺在單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組領(lǐng)域做知識分析也快兩年了击困，通過文獻(xiàn)速遞這個欄目很幸運聚集了一些小伙伴攜手共進(jìn)涎劈，一起成長。
文獻(xiàn)速遞欄目通過簡短介紹阅茶，擴(kuò)充知識面蛛枚，每天關(guān)注，希望你也能有所收獲脸哀！
文章信息今天給大家介紹的文章利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合突變分析研究急性髓性白血脖钠帧（AML），揭示AML病人體內(nèi)存在不同功能子集及其相關(guān)的驅(qū)動因子撞蜂。于2019年3月7日發(fā)表在Cell 雜志盲镶。文章標(biāo)題是：Single-Cell RNA-Seq Reveals acute myeloid leukemia Hierarchies Relevant to Disease Progression and Immunity
摘要
急性髓性白血病（AML）是一種異質(zhì)性疾病蝌诡，存在于復(fù)雜的微環(huán)境中溉贿，并使了解不同細(xì)胞類型如何促進(jìn)該疾病的進(jìn)展變得困難。 我們將單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和單細(xì)胞基因分型結(jié)合起來浦旱，分析來自40個骨髓穿刺（包含16個AML患者和5個健康供體）的38410個細(xì)胞宇色。然后，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)區(qū)分一系列的惡性細(xì)胞類型的在不同患者之間和同一種腫瘤不同患者亞克隆中的豐度變化。細(xì)胞類型組成與原型遺傳病變相關(guān)代兵，包括FLT3-ITD與豐富的祖細(xì)胞樣細(xì)胞的關(guān)聯(lián)尼酿。原代AML細(xì)胞在干細(xì)胞和髓系基因共表達(dá)的情況下，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄調(diào)控失調(diào)植影，并具有預(yù)后意義裳擎。體外實驗顯示，分化的單核細(xì)胞樣AML細(xì)胞表達(dá)多種免疫調(diào)節(jié)基因思币，并抑制T細(xì)胞活性鹿响。綜上所述，我們提供的單細(xì)胞技術(shù)和關(guān)于AML細(xì)胞狀態(tài)谷饿、調(diào)節(jié)因子和標(biāo)記物的圖譜惶我，對精準(zhǔn)醫(yī)療和免疫療法都具有一定的指導(dǎo)意義。
測序數(shù)據(jù)介紹
采用Seq-Well高通量單細(xì)胞測序技術(shù)博投，對10000 個CD34+（陽性）細(xì)胞和10000 個CD34+CD38– 細(xì)胞進(jìn)行Seq-well單細(xì)胞測序绸贡。這些細(xì)胞來自正常的骨髓捐獻(xiàn)者和AML病人患者，通過流式細(xì)胞儀分選獲得毅哗。
數(shù)據(jù)分析情況
數(shù)據(jù)過濾：統(tǒng)計每個文庫數(shù)據(jù)所有獨特的12 bp的cell barcodes(CBs),排除出現(xiàn)次數(shù)小于100次的CBs听怕，并過濾掉CBs包含八個相同核苷酸的片段。然后虑绵，排除CBs相關(guān)的隨機(jī)UMI(隨機(jī)相關(guān)定義為任何一個堿基的UMI不超過90%)
比對: hg38 genome使用STAR(2.5.3)軟件
基因定量：對轉(zhuǎn)錄本使用“-‘‘–quantMode TranscriptomeSAM”進(jìn)行定量尿瞭。生成包含每個細(xì)胞和每個基因的UMI數(shù)量的表達(dá)矩陣。
細(xì)胞過濾：下游分析的要求細(xì)胞至少具有1,000個UMIs比對到至少500個獨特基因翅睛。我們還排除了含有超過20％線粒體或者核糖體基因的細(xì)胞声搁。
聚類分析：質(zhì)控后獲得7698個正常的骨髓細(xì)胞（normal BM）。隨機(jī)過濾掉BM5 CD38+CD38-的1590個細(xì)胞中的783個細(xì)胞,來降低CD38+CD38-細(xì)胞對細(xì)胞群體的代表性捕发。剩余的6915個正常的骨髓細(xì)胞被用來聚類形成細(xì)胞類型使用BackSPIN無監(jiān)督進(jìn)行細(xì)胞類型聚類疏旨。BackSPIN clustering (優(yōu)點：可以克服細(xì)胞和基因同時聚類的困難).
可視化：使用KNN和t-SNE兩種方法對細(xì)胞進(jìn)行可視化分析。
表達(dá)矩陣可以下載：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE116256
主要分群情況
識別正常骨髓樣品種的細(xì)胞類群
從正常的骨髓穿刺捐獻(xiàn)者的樣本獲得7689個細(xì)胞的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)爬骤。細(xì)胞聚類建立造血標(biāo)記的細(xì)胞群體充石，諸如，含有CD34標(biāo)記的HSC/Prog細(xì)胞霞玄，含有CD14標(biāo)記的單核細(xì)胞和含有CD3標(biāo)記的T細(xì)胞骤铃。使我們能夠?qū)?1個聚類合并為15種主要的細(xì)胞類群。
隨后坷剧，使用可視化K-最近鄰（KNN）圖來探索這些細(xì)胞類型之間的關(guān)系惰爬，這些圖將數(shù)據(jù)集中的所有單個細(xì)胞連接到基因表達(dá)空間中的五個最近鄰的細(xì)胞（Weinreb等，2018）惫企。揭示了假定的細(xì)胞分化軌跡撕瞧，包括從HSC到具有幾種中間狀態(tài)和基因表達(dá)梯度的單核細(xì)胞的連續(xù)細(xì)胞分化的連續(xù)性（圖1D和S1E-S1G）陵叽。本研究的細(xì)胞類型注釋與最近的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄研究公布的數(shù)據(jù)結(jié)果一致。正常BM細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組揭示了造血細(xì)胞類型的多樣性和當(dāng)前造血細(xì)胞分化軌跡觀點的一致性丛版。
AML腫瘤生態(tài)系統(tǒng)的單細(xì)胞分析
為了檢測AML的細(xì)胞類型的多樣性巩掺，本研究中使用了16名AML患者在診斷和治療期間獲得了35份冷凍保存的骨髓穿刺樣品（圖2a）；該隊列包含多個世衛(wèi)組織描述的亞型和遺傳多樣性（年齡26-74）页畦。對研究的所有隊列中的樣品進(jìn)行靶向DNA測序顯示胖替，預(yù)期的突變頻率，包括DNMT3A（44％的患者）豫缨，F(xiàn)LT3（31％）和NPM1（31％;圖2B）（Cancer Genome Atlas Research等独令，2013）。為了使對AML腫瘤微生態(tài)系統(tǒng)的概述具有更高的代表性好芭，我們沒有對35個樣本得單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行富集燃箭。
雖然其他細(xì)胞群也表達(dá)與特定造血細(xì)胞類型相關(guān)的標(biāo)志物，但它們的正成岚埽或惡性特征不能與其表達(dá)程序先驗地區(qū)分招狸。因此，我們探索了區(qū)分惡性AML細(xì)胞的其他方法瓤湘。
采用t分布隨機(jī)鄰域重建（t-SNE）方法瓢颅，獲得30712個高質(zhì)量的轉(zhuǎn)錄組和可視化的細(xì)胞恩尾。這顯示出不同的細(xì)胞類型弛说，其比例在臨床過程中發(fā)生了顯著變化(圖2C和2D)鲫懒。除了惡性細(xì)胞外凛驮，結(jié)果還顯示了腫瘤生態(tài)系統(tǒng)中假定的正常造血細(xì)胞類型，這些類型的細(xì)胞表達(dá)了特異性基因钠绍，如血紅蛋白（紅細(xì)胞）和CD3（T細(xì)胞）冀偶。收集誘導(dǎo)化療后采集的樣本中主要是T細(xì)胞/自然殺傷細(xì)胞（NK）醒第，這與SML母細(xì)胞清除及其組織學(xué)染色顯示的結(jié)果一致。盡管其他細(xì)胞群进鸠，也會表達(dá)與特定造血細(xì)胞類型相關(guān)的標(biāo)記物稠曼，但是對正常或者惡性特征的識別并不能預(yù)先區(qū)分出來客年。因此霞幅，下文探討了鑒別惡性AML細(xì)胞的方法。
臨床意義
我們利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因分型的創(chuàng)新來分析異質(zhì)性AML生態(tài)系統(tǒng)量瓜。我們的研究結(jié)果提供了對原始AML細(xì)胞異常調(diào)控程序的深入了解司恳，揭示了發(fā)育層次與腫瘤遺傳學(xué)之間的顯著對應(yīng)關(guān)系，并鑒定了具有免疫抑制特性的分化AML細(xì)胞绍傲。我們的數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)可以指導(dǎo)治療策略以針對惡性腫瘤的關(guān)鍵和特定成分扔傅。
轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因分型分析異質(zhì)性AML生態(tài)系統(tǒng)耍共。我們的研究結(jié)果提供了對原始AML細(xì)胞異常調(diào)控程序的深入了解，揭示了發(fā)育層次與腫瘤遺傳學(xué)之間的顯著對應(yīng)關(guān)系猎塞，并鑒定了具有免疫抑制特性的分化AML細(xì)胞试读。我們的數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)可以指導(dǎo)治療策略以針對惡性腫瘤的關(guān)鍵和特定成分。
本研究利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細(xì)胞基因分型技術(shù)創(chuàng)造性地荠耽，來分析AML生存微環(huán)境的異質(zhì)性鹏往。研究結(jié)果對原始AML細(xì)胞異常調(diào)控程序的深入了解，揭示了發(fā)育層次與腫瘤遺傳學(xué)之間的顯著對應(yīng)關(guān)系骇塘，并鑒別出具有免疫抑制性的AML細(xì)胞伊履。本研究的數(shù)據(jù)和結(jié)果，可以指導(dǎo)針對惡性腫瘤的治療策略-通過靶向重要的和特異性的惡性腫瘤的組分款违。
(注：本文小編僅僅關(guān)注單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組唐瀑，原文的單細(xì)胞基因分型也很有意義)
往期精彩
如果你對單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究感興趣插爹，但又不知道如何入門哄辣，也許你可以關(guān)注一下下面的課程
全網(wǎng)第一個單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析實戰(zhàn)視頻教程(預(yù)售第二波通知)
全國巡講第9、10站-武漢和成都（生信技能樹爆款入門課）****（火熱報名中）
吶赠尾，等你關(guān)注****都等出蜘蛛網(wǎng)了~
