科研人員建立單細胞突變圖譜解析策略

2020-11-10 中科院之聲

近日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）研究員蔡軍研究組、研究員王前飛研究組合作在Computational and Structural Biotechnology Journal上，發表題為A promising iPS-based single-cell cloning strategy revealing signatures of somatic mutations in heterogeneous normal cells的研究論文。該研究通過設計細胞培養實驗和基因組比較分析方法，揭示誘導多能幹細胞（iPSCs）的單細胞起源和基因組變異的來源組成，構建單細胞突變圖譜解析策略。

為了準確檢測低頻的體細胞突變，如正常細胞群體中的體細胞突變，已有研究開發出MDA、MALBAC、LIANTI等單細胞直接測序技術，但由於單個細胞的DNA含量少，這些方法存在擴增不均一、等位基因丟失等問題。單細胞體外培養擴增技術可通過體外培養將單個細胞培養成細胞株然後進行測序，通過識別細胞株中細胞群體的高頻率突變，間接觀測單個細胞基因組的體細胞突變情況。該技術基因組覆蓋度高、擴增錯誤少，但只適用於個別類型的幹細胞。基於此，結合實驗設計和基因組比較分析方法，研究人員解析誘導多能幹細胞基因組變異來源的組成，證明誘導多能幹細胞的單個體細胞起源和單個體細胞與形成的誘導多能幹細胞在全基因組變異圖譜上超過90%的相似性，並進一步提出基於誘導多能幹細胞技術實現細胞克隆擴增的單細胞基因組變異解析的新策略，該策略可用於解析體細胞的基因組變異和譜系演化關係。

蔡軍和王前飛為論文的共同通訊作者，北京基因組所博士苗雪霞、李玥瑩為論文的共同第一作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等的支持。

誘導多能幹細胞基因組變異來源組成的解析策略和克隆擴增模型

來源：中國科學院北京基因組研究所

相關焦點

  • 促進精準醫學發展 中國人血細胞分子圖譜研究聯盟成立
    新華網北京9月8日電（宮曉倩）隨著精準醫學的發展，單細胞研究逐漸成為關注的焦點。9月7日，中國人血細胞分子圖譜（Atlas of Blood Cells，ABC）研究聯盟在北京成立，成立大會由中國醫學科學院北京協和醫學院副院校長張學主持。
  • 水生所完成模式硅藻的蛋白質組精細圖譜
    在這些工作的基礎上，葛峰學科組對三角褐指藻的基因組進行了深度解析並構建了蛋白質組精細圖譜。通過以上工作的完成，實現了三角褐指藻基因組的深度注釋，並構建了蛋白質組精細圖譜。　　在以上工作的基礎上，該研究還建立了完整的構建真核模式生物的蛋白質組精細圖譜的實驗技術和分析流程，可適用於各種已經測序的真核生物，成為解讀真核生物基因組及其功能分析的重要工具。
  • 研究人員繪製「單細胞衰老圖譜」揭示靈長類卵巢衰老特徵
    新華社北京2月2日電（記者魏夢佳）由中國科學院動物研究所、北京大學等多家機構組成的研究團隊，近日在學術期刊《細胞》上在線發表封面文章稱，利用高精度單細胞轉錄組測序技術，繪製了食蟹猴卵巢的單細胞衰老圖譜，同時利用人類卵巢細胞研究體系，發現衰老伴隨的抗氧化能力下降是靈長類卵巢衰老的主要特徵之一，這為預警卵巢衰老及女性生殖力下降提供了新的生物學標誌物
  • Cell觀點文章|癌症登月計劃之人類腫瘤圖譜網絡的建立
    單細胞基因組技術的空前發展為這種複雜相互作用的研究提供了機會。人類腫瘤圖譜網絡是美國國家癌症研究所(National Cancer Institute, NCI) 癌症登月計劃的一部分，它將建立一個臨床、實驗、計算和組織框架，為各種不同的腫瘤類型生成信息豐富和可訪問的癌症轉移三維圖譜數據集。
  • 【學術前沿】王曉群/薛天等合作繪製人類視網膜發育的單細胞圖譜並...
    【學術前沿】王曉群/薛天等合作繪製人類視網膜發育的單細胞圖譜並解析了細胞命運決定和黃斑形成的細胞和… 2020-05-10 03:22 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 科學家完成模式硅藻的蛋白質組精細圖譜
    硅藻是一類重要的單細胞光合真核生物，分布廣泛，提供了地球上約20%的初級生產力，對整個地球生物圈意義重大。
  • 模式硅藻的蛋白質組精細圖譜完成
    硅藻是一類重要的單細胞光合真核生物，分布廣泛，提供了地球上約20%的初級生產力中國科學院水生生物研究所研究員葛峰學科組前期採用蛋白基因組學的研究策略和方法，完成了模式藍細菌的基因組深度解析 (PNAS，2014，111（52）：E5633-E5642)並開發了針對原核生物的蛋白基因組學專業分析軟體Gapp（Molecular & Cellular Proteomics. 2016；15(11)：3529-3539）。
  • 科學家開發可應用於任意組織類型的表觀基因組單細胞解析算法
    在線發表了中國科學院上海營養與健康研究所Andrew Teschendorff課題組題為「EPISCORE: cell-type deconvolution of bulk tissue DNA methylomes from single-cell RNA-Seq data」的最新研究成果，該研究報導了一種新型算法——EPISCORE，是一種可以應用於任意組織類型的表觀基因組單細胞解析算法
  • Cell Stem Cell |單細胞譜系追蹤解析造血幹細胞命運與轉錄組特徵
    在癌症領域，譜系追蹤揭示了腫瘤細胞的起源和克隆演化，提供了靶向腫瘤幹細胞的新型腫瘤治療策略。但由於傳統的譜系追蹤工具缺乏足夠高的解析度，解析譜系組成複雜且高度動態的複雜系統（如血液與免疫系統）仍有很大挑戰。
  • 海洋所科研人員繪製完成牡蠣全基因組序列圖譜
    在項目組的共同堅持和努力下，研究人員針對牡蠣基因組的高雜合度問題，及時調整了項目整體思路，特別是華大基因科研團隊為此開發了針對高雜合度基因組的短序列片段拼接新算法，開闢了分級組裝新手段，使難題最終得到圓滿解決。這也為正在進行和將來要開展的高雜合度物種的基因組測序提供了全新的方法和技術。
  • 非人靈長類胰島衰老單細胞圖譜首次被解析
    6月10日，《國家科學評論》（《National Science Review》）在線發表我國學者論文，這是國際上首次報導非人靈長類胰島衰老的單細胞轉錄組圖譜，並揭示了蛋白穩態失衡是胰島β細胞衰老的關鍵特徵和分子驅動力。通俗地說，科學家發現胰島β細胞中一種「維穩」蛋白「老而生變」，使得葡萄糖增多時，胰島素的正常分泌能力減弱。要研究胰島細胞，取材困難。
  • 新一代單細胞itChIP技術解析早期胚胎細胞命運決定機制
    目前研究多集中在單細胞轉錄組水平，單細胞水平解析表觀調控機制也鮮有報導，而從單細胞、全基因組範圍研究組蛋白修飾和轉錄因子如何控制細胞譜系發生、命運決定則尚屬空缺。研究這一問題，需要在單細胞水平解析全基因組範圍內DNA-蛋白質的相互作用圖譜，染色質免疫共沉澱（ChIP-seq）技術是捕獲蛋白質-DNA相互作用的有效手段，然而目前單細胞ChIP-seq技術仍面臨諸多挑戰，極大限制了人們對細胞命運特化的調控機制的認識。為了解決這一技術難題，何愛彬課題組利用Tn5轉座酶切割DNA，切割完的DNA直接帶上可供PCR擴增的DNA序列。
  • 研究人員發表中性粒細胞穩態和炎症狀態下的單細胞發育和異質性圖譜
    作者們通過優化實驗條件，分別對小鼠穩態下的骨髓、外周血和脾臟進行中性粒細胞分離和單細胞RNA測序，並結合生物信息學方法建立了穩態條件下的中性粒單細胞圖譜。按照發育成熟的順序，骨髓中的中性粒細胞可以分為5群，包括3個處於分裂階段的亞群(G0、G1、G2)和2個分裂後的較成熟亞群(G3、G4)。
  • 中國科大首次解析人類與非人靈長類恆河猴視網膜衰老分子圖譜
    中國科大首次解析人類與非人靈長類恆河猴視網膜衰老分子圖譜 近日，中國科學技術大學薛天課題組、北京師範大學吳倩課題組和中國科學院生物物理研究所王曉群課題組合作發表了
  • /吳倩/王曉群首次解析人類與非人靈長類恆河猴視網膜衰老分子圖譜
    ，解析了人類與恆河猴視網膜在細胞水平和分子水平的異同，並建立了人類及恆河猴視網膜衰老的分子圖譜，發現了人視網膜在衰老過程中細胞組成改變及關鍵分子特徵。該研究在國際上首次報導了人類以及非人靈長類視網膜衰老的單細胞轉錄組圖譜，不僅系統解析了人視網膜中多種細胞類型在衰老進程中分子特徵，而且揭示視網膜衰老呈區域性和細胞亞型特異性演變。該研究為延緩視網膜衰老提供潛在幹預靶標，為有效預防和治療年齡相關性視網膜疾病提供全新思路。
  • 薛天等首次解析人類與非人靈長類恆河猴視網膜衰老分子圖譜
    ，解析了人類與恆河猴視網膜在細胞水平和分子水平的異同，並建立了人類及恆河猴視網膜衰老的分子圖譜，發現了人視網膜在衰老過程中細胞組成改變及關鍵分子特徵。該研究在國際上首次報導了人類以及非人靈長類視網膜衰老的單細胞轉錄組圖譜，不僅系統解析了人視網膜中多種細胞類型在衰老進程中分子特徵，而且揭示視網膜衰老呈區域性和細胞亞型特異性演變。該研究為延緩視網膜衰老提供潛在幹預靶標，為有效預防和治療年齡相關性視網膜疾病提供全新思路。
  • 科學網—系統生物學走向精緻「單細胞」
    幾十年前，當科學家們首次繪製出人類基因圖譜時，不知點燃多少絕症患者奄奄一息的希望火花。此後，研究人員對草莓、蜜蜂、雞和大鼠等成千上萬物種的基因組進行了測序。由於譯解的DNA都是從數百萬的細胞中提取出來並混合到一起的，所以數據量巨大。
  • 單細胞質譜流式技術解析生物材料體內免疫應答
    因此，單細胞質譜流式技術可以作為深度解析生物材料體內免疫應答的「利器」。　　該研究以外科常見疝修復手術應用的聚丙烯補片和絲素補片為例，首次利用單細胞質譜流式技術評估了這兩種生物材料在小鼠腹部缺損模型中引起的系統免疫反應(圖1)。
  • 單細胞多組學技術的深度解析
    2020年一月，Nature Method發文將「Single-cell multimodal omics」也就是單細胞多組學技術評選為2019年的年度方法，理由是單細胞多組學的測量為逐個獲得細胞的整體視圖提供了可能。這也是繼2013年將單細胞測序本身當選為年度方法之後，單細胞技術再獲殊榮。今天我們依據Nature Method的文章對單細胞多組學做一個系統的介紹。
  • 人類胚胎著床過程首獲解析 單細胞測序技術功不可沒
    8月22日，《Nature》雜誌上登載了北京大學湯富酬與中國工程院院士、北醫三院院長喬傑聯合團隊研究的突破性進展，利用體外模擬人類著床策略和高精度單細胞測序技術，系統解析了人類胚胎著床過程中的基因表達調控網絡和DNA甲基化動態變化過程。