< 《Genome Biology》利用单细胞RNA测序绘制人多能干细胞分化图谱

         继在《Cell》上发表重磅文章,利用高通量单细胞测序平台对来自小白鼠近50种器官组织的40余万个细胞进行系统性的单细胞转录组分析,绘制了世界上第一张哺乳动物细胞图谱后,近期浙大医学院的80后博导郭国骥教授又带领团队在《Genome Biology》发表了题为“Mapping human pluripotent stem cell differentiation pathways usinghigh throughput single-cell RNA-sequencing”的研究论文。
 
         在该论文中,郭国骥团队基于优化后的微流体回路(microfluidic circuits)高通量单细胞RNA测序(scRNA-seq)方法,通过对4822个scRNA-seq数据的分析(其中包括2636个EB样本(683个第四天EB和1953个第8天EB),1491个Naïve样H9和695个Primed H9细胞样本),绘制了人多能干细胞(hPSC)早期分化的细胞状态图谱,涵盖多种细胞谱系,包括神经,肌肉,内皮,基质,肝脏和上皮细胞。
 
         人类多能干细胞 (hPSCs)是目前生物学领域最引人注目的话题之一,其原因在于hPSCs可通过改善机体再生能力,为治疗许多疾病提供了一个潜在的途径。hPSCs在体外和体内都具有自我更新和多向分化的能力。使用不同的分化方案,hPSCs能从不同胚层产生不同的细胞类型。
 

          应用流式细胞术和免疫染色可以确定hPSC分化培养物中的细胞类型。但是,这些方法都存在低效率和功能上的缺陷。而单细胞RNA测序(scRNA-seq)提供了一种很有效的思路,迄今为止,单细胞技术已被用于研究多种系统中的细胞异质性。
 
         本研究中,作者使用升级后的Fluidigm C1系统和优化的高通量微流控芯片(HT IFC)构建来自hPSC的各种谱系特异性祖细胞的早期分化轨迹并揭示这些前体细胞在EB分化系统中的相互作用。这也是国内科学家首次利用该高通量芯片系统实现高端创新研究。
 
           文章第一作者韩晓平博士指出:“该系统一次可分析多达800个细胞并且每个细胞平均可检测5000个基因,在通量和分辨率上都具有明显优势”。

 
         通过伪时间分析,研究者构建了这些祖细胞的发育轨迹,揭示了细胞分化过程中的基因表达动态。为了研究细胞状态转变过程,作者还使用C1 scRNA-seq平台来研究初始态至幼稚样的转换过程,并揭示Primed和Naïve-like H9细胞之间基因表达谱的差异。
 
         研究者将初始态的H9细胞(primedH9 cells)重编程为幼稚样H9细胞(naïve-likeH9 cells ),结果发现,幼稚样H9富含与血源性内皮细胞发育有关的基因,如MAPK-ERK1 / 2信号通路基因。从功能上来说,幼稚样H9比初始态H9细胞具有更高潜能分化为造血细胞谱系。
 
         该研究为hPSC构建了一个全面的单细胞水平分化图,并为早期胚胎谱系提供了新的见解,可以指导建立和优化更复杂的分化系统。
 
         作为单细胞研究技术和仪器的主要开发者之一,Fluidigm公司一直致力于单细胞研究的发展,并根据用户不同需求提供多种高通量芯片类型和实验方法。
 
 
参考文献:
· Han X., et al., Mapping human pluripotent stem cell differentiation pathways using high throughput single-cell RNA-sequencing. 2018. Genome Biol. 19(1):47. doi:10.1186/s13059-018-1426-0.
 

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