Science:利用空間轉錄組學技術可視化觀察組織中的基因表達

2020-11-23 生物谷

2016年7月4日/生物谷BIOON/--在一項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所和皇家理工學院等機構的研究人員開發出一種新的被稱作空間轉錄組學（spatial transcriptomics）的高解析度方法研究一種組織中哪些基因是有活性的。這種方法能夠被用於所有類型的組織中，而且在臨床前研究和癌症診斷中是有價值的。相關研究結果發表在2016年7月1日那期Science期刊上，論文標題為「Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics」。

疾病改變組織中RNA分子和蛋白表達。為了獲得關於疾病的更多知識和優化診斷方法，對組織樣品進行顯微研究經常在實驗室和醫院中開展，但是迄今為止，科學家們只能夠同時確定少量RNA分子的位置。

在這項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的Jonas Frisén教授團隊與來自瑞典皇家理工學院的Joakim Lundeberg教授團隊合作開發出一種新的方法，能夠分析所有RNA分子的數量，並且利用顯微鏡提供它們的空間信息。

Frisén教授說，「通過將組織切片放在載玻片上，在其上面，我們將DNA鏈與內置的地址標籤放在一起，這樣我們就能夠對活性基因產生的RNA分子進行標記。當我們分析組織樣品中的RNA分子存在時，這些地址標籤指示著這些RNA分子存在於組織切片中哪些地方，以及我們能夠獲得在哪些地方不同的基因是有活性的高解析度信息。」

這些結果也在更加精確的診斷中是有價值的。當前的診斷方法是獲取一種組織樣品，將它磨碎，分析細胞混合物，但是其風險在於一些癌細胞被來自樣品中所有的其他細胞的信號稀釋掉，因而被忽略掉。

他繼續說道，「利用我們的方法，我們能夠獲取腫瘤信號，而且不會被稀釋掉。鑑於組織樣品中的不同部分都有它們的特異性地址標籤，我們能夠鑑定少量的腫瘤細胞。」研究人員利用小鼠腦瘤和人乳腺癌樣品證實了這一點。

這種方法能夠用於所有類型的組織和疾病中。它也能夠提供關於癌症診斷中的疾病異質性的信息，就像在研究人乳腺癌樣品時所證實的那樣。

Frisén教授說，「它使得比以往更高解析度和更精準地研究哪些基因在組織中是有活性的成為可能，而這在基礎研究和診斷中是有價值的。」（生物谷 Bioon.com）

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Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics

Patrik L. Ståhl1,2,*, Fredrik Salmén2,*, Sanja Vickovic2,†, Anna Lundmark2,3,†, José Fernández Navarro1,2, Jens Magnusson1, Stefania Giacomello2, Michaela Asp2, Jakub O. Westholm4, Mikael Huss4, Annelie Mollbrink2, Sten Linnarsson5, Simone Codeluppi5,6, Åke Borg7, Fredrik Pontén8, Paul Igor Costea2, Pelin Sahlén2, Jan Mulder9, Olaf Bergmann1, Joakim Lundeberg2,‡, Jonas Frisén

doi:10.1126/science.aaf2403
PMC:
PMID:

Analysis of the pattern of proteins or messengerRNAs (mRNAs) in histological tissue sections is a cornerstone in biomedical research and diagnostics. This typically involves the visualization of a few proteins or expressed genes at a time. We have devised a strategy, which we call 「spatial transcriptomics,」 that allows visualization and quantitative analysis of the transcriptome with spatial resolution in individual tissue sections. By positioning histological sections on arrayed reverse transcription primers with unique positional barcodes, we demonstrate high-quality RNA-sequencing data with maintained two-dimensional positional information from the mouse brain and human breast cancer. Spatial transcriptomics provides quantitative gene expression data and visualization of the distribution of mRNAs within tissue sections and enables novel types of bioinformatics analyses, valuable in research and diagnostics.

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