单细胞转录组研究进展.PDF

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2013, 40(12): 1193~ 1200 细胞转录组研究进展* 周超平 李鑫辉** (上海交通大学系统生物医学教育部重点实验室，上海200240) 摘要 单细胞转录组分析以单个细胞为特定研究对象，提取mRNA 进行逆转录、放大和高通量测序分析，能揭示该细胞内 整体水平的基因表达状态和基因结构信息，准确反映细胞间的异质性，深入理解其基因型和表型之间的相互关系，在发育生 物学、基础医学、临床诊断和药物开发等领域都发挥重要作用 本文主要介绍了单细胞转录组分析的特点和技术发展历史以 及常用研究策略和不同技术的优缺点，并就其面临挑战和未来发展前景进行了讨论，为该技术的进一步研究与应用提供 参考 关键词 单细胞，转录组，RNA-Seq 学科分类号 Q7 ，Q6 DOI: 10.3724/SP.J.1206.2012.00597 具有重要的科学意义也是现实的迫切需要 1 单细胞转录组分析的特点 2 单细胞转录组分析的技术发展 在某一特定阶段，由细胞转录出来的全部 RNA 称为转录组，包括 mRNA 和非编码 RNA 1975 年，英国 学家 Sanger 开创了DNA 测 (non-coding RNA ，ncRNA)[1-3] 准确深入地分析转 序方法，随后Iscove 创造性地利用PCR 方法指数 录组，有助于全面理解细胞基因表达和调控网络的 性放大cDNA，James 发明了利用T7 RNA 聚合酶 作用 相同组织细胞的基因型几乎一致，但亚单位 的体外转录扩增(T7-in v itro transcription，T7-IVT) 的表达往往不同，转录组更能反映甲基 和组蛋白 线性放大cDNA，人们才便于进行核酸序列方面的 修饰的差异 不同组织的细胞各自拥有独特的转 基础研究 在这几项开创性工作的基础上，微阵列 录组，研究这些转录组能够从不同的生理学功能和 (芯 )技术应运而生，该技术能够以少量细胞研究 表型角度阐释基因调控网络 成千 万个基因 芯 技术能检测稳定状态的基因 一般转录组实验通常需要成千 万甚至 百万 表达，定位癌细胞中拷贝数的变 ，发现与核酸相 个细胞 但早期胚胎细胞和干细胞 只能收集到微 互作用的蛋白在基因组 的结合位点，研究DNA [5] 量细胞，这就要求实验中利用尽可能少的细胞，最 间相互作用 时至今日，已经发展出了单细胞芯 好是在单细胞水平进行转录组分析 必威体育精装版研究表 ，可以比较单个病理细胞和正常细胞中基因表达 [6] 明，相似细胞的基因表达具有异质性，这种异质性 的差异，预测基因调控的演变过程 不过芯 难 是由不同的衍生基因组、细胞循环和微环境 决定 以检测可变剪接形成的多个转录本，其技术的设计 [4] 的 常规方法得到的是大量细胞基因表达信息的 共性，难以显示彼此的异质性 对单细胞转录组的 * 国家重点基础研究发展计划(973)(20 10CB529205)和国家自然科学 分析，不仅能研究基因表达的异质性，也能研究表 重大研究计划培育项目资助. 达的随机性，进一步揭示与发育、疾病 相关的一 ** 通讯联系人. 系列重要信息 因此在单细胞水平进行转录组分析 Tel: 02 1