单细胞RNA-seq发现调节干细胞发育的新基因

  最近，Wellcome Genome Campus的一项新研究演示了单细胞基因组学的力量，揭示了它如何能帮助科学家了解细胞的早期发育。这项研究发现了参与干细胞调控网络的新基因，以及新的细胞亚群，可让我们深入了解干细胞多能性——成为几乎所有不同类型细胞的能力。研究人员还为干细胞群落开发了新的资源，这将有助于解释未来的调查。相关研究结果发表在最近的《Cell Stem Cell 》。
  干细胞在被触发成为功能性细胞（如肝脏、心脏或血细胞）之前，存在于一种“基态”。是什么触发了这一变化，与细胞内的基因如何、何时、以什么顺序表达，或打开和关闭，有很大的关系。表征在干细胞中起作用的基因表达，对于理解健康和疾病的基本生物学，至关重要。
  Wellcome基金Sanger研究所和欧洲生物信息研究所（EMBL-EBI）的研究人员，用单细胞RNA测序技术，研究了700个小鼠胚胎干细胞（mESCs）中成千上万个基因的表达，发现有一个标签“基因表达混合”，可表征不同的细胞群。他们还发现，这种混合决定了细胞周期的长度。换句话说，细胞间基因表达的异质性支持细胞的行为。
  本文第一作者、Sanger研究所和EMBL-EBI的Ola Kolodziejczk解释说：“你可以获得这一非常动态的基因表达过程的快照，并由此推断出许多信息。这有点像，对着时代广场上拥挤的人群拍摄照片，并根据所有人的年龄进行排序，以探究他们的生命周期，或通过穿衣风格对他们进行分组，来推断他们接下来去哪里。”
  单细胞RNA测序可帮助研究人员看到，是什么使得我们身体里所有的细胞会有不同的形状，并预测它们会做什么，并探索出许多促成它们命运的因素。在这项研究中，研究团队开发了新的方法来表征，三种不同的状态中干细胞之间的基因表达水平是如何变化的。
  EMBL-EBI的Jong Kyoung Kim指出：“一件让人兴奋的事情是，我们发现了参与干细胞调控网络的新基因，并利用CRISPR技术验证了我们的研究结果。这使我们更接近于推断整个网络是如何被放在一起的，而这反过来又能让我们深入了解，是什么让干细胞处于一种基态，是什么触发它们改变。”
  通过逐个细胞地剖析基因表达的噪音混合，研究人员发现了一种罕见的细胞亚群，它们表达一对标记基因（这对基因也被两细胞期的胚胎细胞表达）。而本研究确定的罕见的mESCs仅共有两细胞系统的一些分子特征，它们将为早期发育研究提供有价值的资源。
  本文资深作者、Sanger研究所和EMBL-EBI的团队负责人Sarah Teichmann指出：“我们的研究确实表明了单细胞转录组的力量，它可以揭示用传统方法往往会掩盖的表达异质性。它为我们如何寻找培养细胞和自然发育之间的关系，增加了一个全新的维度，这对基因组学研究产生了很大的影响。”
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