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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(cè)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(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分離和遺傳測(cè)序。Drop-seq可以同時(shí)測(cè)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?？截惖募?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(cè)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(duì)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(duì)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(zhǎng)和分裂 - 與細(xì)胞凋亡相反。 。
“我們?cè)赗B突變細(xì)胞中觀察到的代謝變化使得它們?cè)诳赡鼙恢委煼椒ɡ玫姆绞街凶兊么嗳?，然后其他突變進(jìn)入同一細(xì)胞，使它們對(duì)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(cè)中的說明生成了他的第一個(gè)單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)集。
單細(xì)胞測(cè)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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