Nat Methods | 原位“光學測序”探索基因表達狀態(tài)空間高精地圖
圖靈基因?2022-10-27 09:32?發(fā)表于江蘇
收錄于合集#前沿分子生物學技術
Light-Seq是一種在固定細胞和組織中使用光定向DNA條形碼，然后進行異地測序兑牡，對完整生物樣品進行多重空間索引的方法有咨。
Light Seq將DNA條形碼的空間定向快速光交聯(lián)結(jié)合到原位互補DNA上，并進行一步DNA拼接反應验毡，以創(chuàng)建匯集的空間索引測序文庫。這種光定向條形碼能夠在完整的固定組織樣品中原位選擇多個細胞群體帝嗡，以便基于位置晶通、形態(tài)或蛋白質(zhì)染色進行全轉(zhuǎn)錄組測序，而無需細胞分離哟玷。
將Light Seq應用于小鼠視網(wǎng)膜切片狮辽，從三個細胞層中回收了數(shù)千個差異豐富的轉(zhuǎn)錄組，并發(fā)現(xiàn)了一種非常罕見的神經(jīng)元亞型——多巴胺能無長突細胞的生物標記物巢寡，每個切片只有4到8個單個細胞喉脖。Light Seq提供了一個工作流程，將原位成像和蛋白質(zhì)染色與同一細胞的下一代測序相結(jié)合讼渊，使樣品保持完整动看，以便在測序后進行進一步分析。
這項工作發(fā)表在《Nature Methods》上的一篇題為“Light-Seq: Light-directed in situ barcoding of biomolecules in fixed cells and tissues for spatially indexed sequencing”的論文中爪幻。
“Light-Seq獨特的功能組合填補了一個尚未滿足的需求:能夠?qū)Ρ４娴慕M織中難以分離的細胞群或罕見細胞類型進行圖像信息菱皆、空間規(guī)定、深度測序分析挨稿，并將其高度精細的基因表達狀態(tài)與空間仇轻、形態(tài)和潛在疾病相關特征一一對應∧谈剩”Wyss研究所的核心教師Peng Yin博士說篷店。
此前，Yin的團隊已經(jīng)開發(fā)了空間轉(zhuǎn)錄組學方法SABER-FISH，用于直接在完整組織中對基因表達進行成像疲陕》接伲“使用SABER-FISH，我們距離捕捉細胞完整的基因表達程序還有好幾個數(shù)量級的距離蹄殃，因為每個細胞都有數(shù)千個不同的RNA分子携茂。RNA分子太密集了，用目前的成像技術無法完整捕捉到它們诅岩』淇啵”Wyss研究所Yin實驗室的技術開發(fā)研究員Jocelyn Kishi博士指出，“Light-Seq通過NGS將高分辨率條形碼標記與全轉(zhuǎn)錄組測序相結(jié)合吩谦，解決了這個問題鸳谜，為我們提供了兩全其美的優(yōu)勢和額外的關鍵優(yōu)勢∈酵ⅲ”
Yin團隊的博士后Ninning Liu博士說:?“為了在完整組織樣本的定制選擇位置對細胞進行特定的測序咐扭，我們開發(fā)了一種新的方法，用于將DNA條形碼光交聯(lián)到RNA分子的拷貝上懒棉，以及一種DNA納米技術驅(qū)動的程序草描，使它們及其附帶的RNA序列能夠被NGS讀取览绿〔哐希”
首先，DNA引物與細胞中的RNA分子形成“堿基對”饿敲，并被擴展以產(chǎn)生cDNA妻导。然后，含有超快光交聯(lián)子核苷酸的DNA條形碼鏈與細胞內(nèi)的cDNA進行堿基配對怀各。當一個靶細胞在顯微鏡下通過一種模板狀的光學裝置被照亮時倔韭，這些細胞就會永久地連接在一起，這種光學裝置可以將顯微鏡下的其他非靶細胞置于黑暗中瓢对，從而使它們免受光交聯(lián)反應的影響寿酌。將未在原位永久連接的細胞中的條形碼DNA序列清洗后，可以用不同的條形碼和光模式重復這一過程硕蛹，以標記更多感興趣的區(qū)域醇疼。
“為了能夠?qū)⑦@種條形碼工作流程與NGS集成，我們設計了一種基于DNA納米技術的新的拼接反應法焰。這項創(chuàng)新使我們能夠?qū)l形碼cDNA轉(zhuǎn)換為連續(xù)的讀出序列秧荆。然后，我們可以從樣本中提取含有條形碼的cDNA序列的完整集合埃仪，并使用標準NGS技術對其進行分析乙濒。”Sinem Saka博士解釋說卵蛉。Sinem Saka博士目前是德國海德堡歐洲分子生物學實驗室的小組組長颁股，曾在Wyss研究所Yin實驗室做博士后么库。“最終甘有，每個條形碼都會將完整的轉(zhuǎn)錄組讀數(shù)追溯到組織樣本中預先選擇的細胞廊散，這些細胞保持完整，以供后續(xù)分析梧疲。這為我們在測序后重新訪問完全相同的細胞以進行驗證或進一步探索提供了獨特的機會允睹。”
Yin的團隊將Light-Seq應用于小鼠視網(wǎng)膜的橫切面幌氮，以分析具有不同功能的三個主要層缭受。研究人員獲得了與單細胞測序方法相當?shù)男蛄懈采w率，并發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜三個主要層之間富集了數(shù)千個RNA该互。他們還表明米者，經(jīng)過序列提取后，組織樣本保持完整宇智，可以進一步成像以檢測蛋白質(zhì)和其他生物分子蔓搞。最后，研究小組成功分離出視網(wǎng)膜多巴胺能無長突細胞的完整轉(zhuǎn)錄組随橘，這種罕見的細胞類型很難分離喂分。
“我們的測序數(shù)據(jù)清楚地表明，Light-Seq可以確定RNA結(jié)構(gòu)的自然變化机蔗。展望未來蒲祈，我們對使用Light-Seq來更好地理解免疫系統(tǒng)、疾病傳播細胞和不同治療策略（如基因和細胞治療）之間的相互作用非常感興趣萝嘁“鸬В”Kishi說，她正在與她的一些合著者一起尋求一條將Light-Seq商業(yè)化的道路牙言。
