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PNAS突破：單個(gè)細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序
閱讀：351 發(fā)布時(shí)間：2013-12-27研究人員成功地從單個(gè)腦細(xì)胞細(xì)胞核中分離出全部的信使RNA并對其進(jìn)行了測序。這項(xiàng)發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上的新研究，將幫助研究人員更好地了解一些器官在健康和疾病狀態(tài)下的功能機(jī)制，為開發(fā)出個(gè)體化治療提供了又一塊跳板。
動(dòng)物和植物中的大多數(shù)細(xì)胞都包含有一個(gè)細(xì)胞核，里面儲(chǔ)存著細(xì)胞的DNA。由于DNA從不離開細(xì)胞核，必須首先將儲(chǔ)存在這一遺傳物質(zhì)中的信息拷貝出來，它才能發(fā)揮蛋白質(zhì)合成藍(lán)圖作用，即將DNA密碼序列轉(zhuǎn)錄為所謂的“信使"RNA鏈。人們將任何特定時(shí)間內(nèi)全部的信使RNA稱作為轉(zhuǎn)錄組（transcriptome）；細(xì)胞核中的全部DNA成為基因組。
轉(zhuǎn)錄組可以告訴研究人員在任何特定的時(shí)間哪些基因正在積極地轉(zhuǎn)錄，由此表明細(xì)胞的特性和狀態(tài)。
由亞利桑那大學(xué)BIO5研究所植物科學(xué)教授David Galbraith，以及J. Craig Venter研究所教授Roger Lasken領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究人員小組，成功地從一個(gè)大鼠腦細(xì)胞單細(xì)胞核中分離出轉(zhuǎn)錄組，并破譯了編碼在其中的遺傳信息。
通過分析單個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，研究人員希望更好地了解將正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞的過程。直到近期對單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析才成為可能；以往，科學(xué)家們只能將許多細(xì)胞的模式進(jìn)行平均，隱藏了一些發(fā)生在單個(gè)細(xì)胞中的潛在重要變異。
Galbraith 說：“我們身體中的器官和組織是由許多不同的細(xì)胞構(gòu)成，為了了解器官的功能機(jī)制，我們必須弄清楚單個(gè)細(xì)胞的功能機(jī)制，理清每個(gè)細(xì)胞的貢獻(xiàn)。進(jìn)而，我們需要了解在這些單個(gè)細(xì)胞中存在多少變異。"
以往的研究表明了，可以對來自單個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組中編碼的遺傳信息進(jìn)行測序，但Galbraith研究小組想知道只用細(xì)胞核是否可能完成同樣的工作。
為了測試他們的方法，Galbraith和同事們從一個(gè)小鼠腦細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了信使RNA，擴(kuò)增拷貝數(shù)，采用高通量新一代測序譯碼了遺傳信息，然后將之與已知小鼠基因組DNA序列進(jìn)行對照。
Galbraith說，將這種方法應(yīng)用于單個(gè)細(xì)胞核和單個(gè)細(xì)胞，取得了幾乎相同的覆蓋度。
“細(xì)胞核RNA和細(xì)胞RNA之間高度相關(guān)，我們沒有找到多少在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間存在差異的轉(zhuǎn)錄本。這告訴我們我們可以分析細(xì)胞核，且獲得的信息與細(xì)胞相關(guān)。
出于多個(gè)原因，科學(xué)家們對于在單細(xì)胞水平上研究基因活性這一想法感到非常的興奮。例如，在單細(xì)胞水平上獲得更大的分辨率，有可能使得他們能夠基于癌細(xì)胞的基因活性改變，早在癌細(xì)胞增殖、臨床上顯示腫瘤之前識(shí)別出它們，為癌癥診斷帶來希望。
同樣，比較不同個(gè)體單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的基礎(chǔ)基因活性水平差異程度，有可能幫助醫(yī)生鑒別出對某些癌癥類型易感性增高的個(gè)體。
“在我們做到這一點(diǎn)之前，根據(jù)基因活性了解組織中正常細(xì)胞彼此之間的差異，分析單個(gè)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組將使我們能夠能夠這樣做。"
Galbraith說：“或是，當(dāng)醫(yī)生切除一個(gè)可疑病灶，對來自這一病灶的單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析時(shí)，他們能夠構(gòu)建出組織中發(fā)生事件的圖片。不同于其他細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞亞群有可能就是癌癥的早期指示標(biāo)志。"
在這些情況下能夠分析來自細(xì)胞核而非來自細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄具有幾個(gè)重要的優(yōu)勢。Galbraith說：“例如，腦細(xì)胞具有非常復(fù)雜的相互連接。如果我們嘗試分離單個(gè)細(xì)胞，我們必須打破這些連接，有可能會(huì)影響我們想要研究的基因活性模式。"
此外，分離細(xì)胞通常要在室溫下用酶消化一個(gè)小時(shí)或更長的時(shí)間，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生一些不可預(yù)知的改變，有可能改變基因活性。
諸如心肌等其他的一些組織非常的堅(jiān)韌，不可能在不破壞細(xì)胞的情況下將它們彼此分離開。
Galbraith說：“在這兩種情況下，以及大多數(shù)其他組織中，得到細(xì)胞核比較容易。你只要切碎樣品，取出細(xì)胞核。在冰上操作可以凍結(jié)基因表達(dá)過程，這當(dāng)然能夠讓人更為確信沒有發(fā)生我們不知道的改變。"