雖然我們體內(nèi)的許多細(xì)胞可以積累致癌突變，但這些事件中的大多數(shù)不會(huì)導(dǎo)致腫瘤形成，因?yàn)檫@些異常細(xì)胞被防御機(jī)制消除。相反，當(dāng)突變發(fā)生在對其特異性敏感的特定細(xì)胞類型中時(shí)，腫瘤就會(huì)出現(xiàn)。鑒定此類癌細(xì)胞起源對于正確靶向癌癥至關(guān)重要。
例如，視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(RB)腫瘤抑制基因中的突變通常阻斷異常細(xì)胞生長和分裂，產(chǎn)生視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤，一種眼腫瘤。視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤起源于稱為視錐細(xì)胞的特化視網(wǎng)膜細(xì)胞，其收集光。為什么這種癌癥始終始于錐細(xì)胞尚不清楚。但是，如果科學(xué)家能夠更清楚，更準(zhǔn)確地了解視錐細(xì)胞中視錐細(xì)胞中RB突變的下游效應(yīng)，那么它們可以識(shí)別出能夠以類似激光的方式預(yù)防或治療視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的獨(dú)特治療靶點(diǎn)。
但研究基因突變對特定細(xì)胞類型的影響說起來容易做起來難。收集僅由一種細(xì)胞類型組成的純樣品幾乎是不可能的。相反，科學(xué)家經(jīng)常不得不使用從整個(gè)組織制備的大量樣本。
“這僅提供了單個(gè)細(xì)胞中基因表達(dá)的一種平均圖像，因?yàn)樗鼌R集了數(shù)千個(gè)細(xì)胞，無論樣品被純化多少，其中一些細(xì)胞可能是不需要的。使用這些樣本檢查RB突變效應(yīng)的結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映RB突變?nèi)绾斡绊懱囟?xì)胞類型的基因表達(dá)，“伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校生物化學(xué)和分子遺傳學(xué)教授Maxim Frolov說。醫(yī)學(xué)院。
一種名為單細(xì)胞RNA測序的革命性新技術(shù)使研究人員能夠研究單個(gè)細(xì)胞中的基因表達(dá)，消除細(xì)胞樣本污染和平均化的問題。Frolov的實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)了一項(xiàng)名為Drop-seq的技術(shù)，該技術(shù)允許研究人員對單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分離和遺傳測序。Drop-seq可以同時(shí)測序數(shù)千個(gè)單個(gè)細(xì)胞。
Frolov和他的研究生Majd Ariss組裝了Drop-seq儀器，用于分離果蠅的發(fā)育過程中的細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)室將其用作模型系統(tǒng)。然后他們能夠研究由RB基因突變引起的眼基因表達(dá)變化，與RB基因正常拷貝的細(xì)胞中的基因表達(dá)相比。他們的結(jié)果發(fā)表在Nature Communications上。
“由于這是第一次在果蠅眼睛的細(xì)胞中進(jìn)行單細(xì)胞RNA測序，我們必須創(chuàng)建一個(gè)全面的圖譜或細(xì)胞圖譜，準(zhǔn)確描述正常眼睛中每種細(xì)胞類型的基因表達(dá)。然后，我們依靠這個(gè)圖譜來確定RB突變?nèi)绾斡绊懷劬χ忻糠N細(xì)胞類型的基因表達(dá)，“Frolov解釋說。
他們對具有RB突變的眼細(xì)胞的分析揭示了一個(gè)獨(dú)特但很小的細(xì)胞群，其中突變改變了基因表達(dá)并改變了細(xì)胞代謝。代謝變化使細(xì)胞對細(xì)胞凋亡或自身誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡敏感。RB基因突變的細(xì)胞傾向于經(jīng)歷細(xì)胞凋亡是眾所周知的現(xiàn)象，并且最終通過癌癥發(fā)展期間的額外突變來克服，其特征在于失控的細(xì)胞生長和分裂 - 與細(xì)胞凋亡相反。 。
“我們在RB突變細(xì)胞中觀察到的代謝變化使得它們在可能被治療方法利用的方式中變得脆弱，然后其他突變進(jìn)入同一細(xì)胞，使它們對細(xì)胞死亡具有抗性，”Frolov說。“由于這些影響僅限于如此小的一組細(xì)胞，因此在分析整個(gè)RB突變體眼組織時(shí)，它們之前都被遺漏了。”
rop-seq平臺(tái)讓Ariss建造了三個(gè)多月。他煞費(fèi)苦心地按照40頁手冊中的說明生成了他的第一個(gè)單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)集。
單細(xì)胞測序是一項(xiàng)真正的革命性技術(shù)，有望揭示癌癥的起源，以及為什么某些癌癥起源于某些細(xì)胞類型而非其他細(xì)胞類型。只有現(xiàn)在才能開始研究為什么以及如何進(jìn)行調(diào)查。在過去的一年半中，我們進(jìn)行了一百多次實(shí)驗(yàn)，并從果蠅器官，小鼠腫瘤和人類細(xì)胞系中產(chǎn)生了超過十萬個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組，“Frolov說。
來源 - 伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校
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