在這次采訪中，塞德里克·烏廷科(Cedric Uytingco)討論了能夠可視化神經(jīng)系統(tǒng)樣本中基因表達(dá)模式的關(guān)鍵優(yōu)勢。為什么神經(jīng)科學(xué)家結(jié)合組織病理學(xué)和基因表達(dá)很重要?

傳統(tǒng)上，神經(jīng)科學(xué)家使用組織學(xué)根據(jù)已知的細(xì)胞形態(tài)和位置推斷細(xì)胞類型。但是，僅使用此分類會模糊理解正常發(fā)育和疾病病理所必需的信息。

對組織中基因表達(dá)模式和細(xì)胞間相互作用的了解提供了更多的背景信息，擴(kuò)大了可獲得的見解并加速了生物學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這對其他哪些研究領(lǐng)域特別有用?

將基因表達(dá)與組織學(xué)聯(lián)系起來對于許多研究應(yīng)用程序非常有用，研究人員希望深入研究組織結(jié)構(gòu)，生物學(xué)功能和疾病病理學(xué)。除了神經(jīng)科學(xué)，研究癌癥，免疫腫瘤學(xué)，免疫學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的研究人員還將發(fā)現(xiàn)該技術(shù)有用。

嘗試使用傳統(tǒng)方法在空間上可視化基因表達(dá)時，科學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)是什么?

檢查基因表達(dá)和形態(tài)的傳統(tǒng)技術(shù)(例如免疫組織化學(xué)或原位雜交)依賴于探測相對少量已知靶標(biāo)的蛋白質(zhì)和/或核酸。這需要細(xì)胞標(biāo)記物的先驗(yàn)知識，并且通過將研究限于已知靶標(biāo)，研究人員可能會缺少有關(guān)可能具有生物學(xué)意義的細(xì)胞亞型的信息。

檢查廣泛的生物標(biāo)志物需要大量的切片，分別用靶標(biāo)或低復(fù)雜量的探針進(jìn)行探測，最后，所有切片都需要成像并手動分析。在可用組織數(shù)量有限的情況下，甚至不可能分析廣泛的靶標(biāo)。

什么是空間基因表達(dá)譜分析，它如何克服其中的一些問題?

通過結(jié)合組織學(xué)和完整組織切片中的總mRNA表達(dá)，空間基因表達(dá)譜提供了基因表達(dá)模式的視圖。無需事先了解細(xì)胞亞型或細(xì)胞標(biāo)記物即可表征細(xì)胞群體，從而可以深入了解基因表達(dá)異質(zhì)性，并發(fā)現(xiàn)新型生物標(biāo)記物。

這項(xiàng)技術(shù)可從單個區(qū)域獲得大量定量信息，包括基因表達(dá)模式，共表達(dá)信息以及對信號通路的分子洞察。

技術(shù)是如何開發(fā)的?

Ståhl等人首先描述了將無偏基因表達(dá)數(shù)據(jù)與來自同一組織切片的組織學(xué)信息相結(jié)合的能力。在科學(xué)誰再建立空間轉(zhuǎn)錄組從科學(xué)分拆為生活實(shí)驗(yàn)室，這是我們在2018年11月收購。

一旦成為10x Genomics的一部分，開發(fā)人員就會加倍努力以開發(fā)出更強(qiáng)大，易于使用的解決方案，并具有更好的空間分辨率，更高的靈敏度和自動化的分析工具。不到一年后，10x Genomics將Visium空間基因表達(dá)解決方案推向市場。

Visium空間基因表達(dá)解決方案如何工作?

將新鮮冷凍的組織切成薄片，然后放在載有數(shù)千個條形碼斑點(diǎn)的載玻片上，其中包含數(shù)百萬個具有該斑點(diǎn)唯一的空間條形碼的捕獲寡核苷酸。對組織切片進(jìn)行成像，然后進(jìn)行處理以釋放與捕獲寡核苷酸結(jié)合的mRNA。

載玻片上發(fā)生逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，生成用于制備標(biāo)準(zhǔn)短讀文庫的cDNA。條形碼化的cDNA文庫可以映射回特定位置，從而創(chuàng)建一層基因表達(dá)數(shù)據(jù)，可以將其與組織切片的顯微鏡圖像相結(jié)合。

空間基因表達(dá)數(shù)據(jù)如何促進(jìn)我們對神經(jīng)系統(tǒng)疾病和健康的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的了解?

神經(jīng)系統(tǒng)非常復(fù)雜，從相對同質(zhì)的祖細(xì)胞群體發(fā)展為控制運(yùn)動和感覺功能以及認(rèn)知的多樣化細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。弄清該系統(tǒng)的復(fù)雜性，不僅需要了解正在發(fā)生的事情，而且還需要了解神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域控制不同功能的位置。

利用空間基因表達(dá)譜以無偏見的方式探索基因表達(dá)模式，加深了我們對有助于正常發(fā)育和功能的因素以及神經(jīng)失調(diào)的潛在機(jī)制的理解。

該技術(shù)最近被用于在ALS中進(jìn)行時空基因表達(dá)。為什么這項(xiàng)研究意義重大?

Silas Maniatis及其同事的論文檢查了ALS患者死后組織中的基因表達(dá)以及該疾病的小鼠模型。他們的研究證實(shí)了已知與ALS有關(guān)的幾種基因的基因表達(dá)發(fā)生了變化，但還發(fā)現(xiàn)了與小膠質(zhì)細(xì)胞活化和自噬有關(guān)的基因的其他變化。

另外，它們能夠利用形態(tài)學(xué)來繪制基因表達(dá)沿脊髓的后尾軸以及白和灰質(zhì)之間的變化。這項(xiàng)研究提供了對ALS的潛在細(xì)胞和分子機(jī)制的見解。

對于該領(lǐng)域和其他神經(jīng)退行性疾病的研究，該技術(shù)如何發(fā)揮作用?

該技術(shù)的一個主要優(yōu)點(diǎn)是可以從單個組織切片中獲取大量信息，這對于組織數(shù)量有限的研究特別有利。

研究人員現(xiàn)在將能夠檢查組織中的基因表達(dá)模式，并利用獲得的信息來鑒定和表征在疾病中起作用的新生物標(biāo)志物和信號傳導(dǎo)途徑，最終使人們更好地了解疾病的原因和進(jìn)展。他們可以利用從這些研究中獲得的信息來開始提出以前不可能的問題。

除ALS外，該技術(shù)如何用于改善我們對阿爾茨海默氏病的知識?

單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)通常用于研究哺乳動物CNS中的不同細(xì)胞類型，但是該技術(shù)受到神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與天然組織的分離的限制。這限制了我們觀察基因表達(dá)空間分布的能力。

這在阿爾茨海默氏癥的研究中尤其重要，在該研究中，我們?nèi)栽趪L試確定中樞神經(jīng)系統(tǒng)中各種結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)作用。在神經(jīng)科學(xué)協(xié)會年會上，我將發(fā)表關(guān)于我們對空間基因表達(dá)譜研究的海報(bào)，這將涉及對家族性阿爾茨海默氏病APPSWE [Tg2576]小鼠模型進(jìn)行譜分析。

對于那些以前從未使用過該技術(shù)的人，將其納入您的研究有多困難?是否需要專業(yè)設(shè)備或培訓(xùn)?

Visium空間基因表達(dá)解決方案可在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)架構(gòu)中輕松采用。它使用標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室方法和工具進(jìn)行組織分析，包括組織切片，蘇木精和曙紅(H&E)染色以及成像。該解決方案包括試劑盒，其中包括玻片和創(chuàng)建序列就緒文庫所需的試劑。