新工具可實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的大規(guī)模分析
Holger Heyn在基因組調(diào)控中心(CNAG-CRG)的國(guó)家基因組中心領(lǐng)導(dǎo)的新研究提出了一種復(fù)雜的計(jì)算框架,用于分析單細(xì)胞基因表達(dá)水平,可擴(kuò)展以處理數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期的科學(xué)期刊“基因組研究”上,報(bào)道了第一個(gè)能夠分析這種大型單細(xì)胞RNA-seq數(shù)據(jù)集的工具。這極大地?cái)U(kuò)展了單細(xì)胞基因組研究的極限。
單個(gè)生物體的所有細(xì)胞共享相同的基因組,但每個(gè)細(xì)胞都有可能通過基因表達(dá)分化成任何組織或器官。世界各地的科學(xué)家正在研究一個(gè)細(xì)胞與另一個(gè)細(xì)胞的區(qū)別?;蚪M研究目前面臨的挑戰(zhàn)之一是分析許多單個(gè)細(xì)胞,以便找到并識(shí)別這些差異。通過一次觀察一個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá),科學(xué)家現(xiàn)在能夠以前所未有的分辨率描述樣本的異質(zhì)性,而無需事先了解其組成。
因此,大規(guī)模的單細(xì)胞項(xiàng)目導(dǎo)致了以前未知的細(xì)胞類型的鑒定以及生物體的綜合細(xì)胞圖譜的繪制。在Human Cell Atlas項(xiàng)目的框架內(nèi),研究人員致力于創(chuàng)建構(gòu)成人體的所有細(xì)胞類型的圖譜。然而,此類研究創(chuàng)建了大量的測(cè)序數(shù)據(jù),分析大型數(shù)據(jù)集是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
CNAG-CRG的一組科學(xué)家與Pompeu Fabra大學(xué)(UPF)和西班牙稀有疾病生物醫(yī)學(xué)研究聯(lián)合會(huì)(CIBERER)的研究人員合作,現(xiàn)已開發(fā)出一種高效的計(jì)算框架,可以對(duì)此進(jìn)行處理,分析和解釋。大規(guī)模單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。該小組通過分析包含發(fā)育中的小鼠大腦的130萬個(gè)細(xì)胞的最大單細(xì)胞研究之一來說明其戰(zhàn)略的力量。
“BigSCale在鑒定細(xì)胞類型特異性基因方面非常強(qiáng)大,這極大地有助于下游對(duì)實(shí)驗(yàn)的解釋,”CNAG-CRG團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人兼該研究的高級(jí)作者Holger Heyn說。分析工具BigSCale的新穎之處在于一個(gè)敏感地確定單個(gè)細(xì)胞之間差異的數(shù)值模型。繪制了各個(gè)細(xì)胞彼此之間的差異,可以將它們組合在一起形成細(xì)胞群,以描述給定組織的細(xì)胞復(fù)雜性。由于幾乎所有組織都由不同的細(xì)胞類型和亞型組成,這種分析可以在沒有初始假設(shè)的情況下指導(dǎo)無偏見,深入的表征。
此外,該工具旨在解決大型數(shù)據(jù)集的未來挑戰(zhàn)。“導(dǎo)致單細(xì)胞譜的成本正在下降,我們正在研究增加細(xì)胞數(shù)量的研究,”Heyn博士補(bǔ)充說。在這方面,BigSCale工作流程中的模塊可以通過定向卷積策略分析數(shù)百萬個(gè)細(xì)胞。在這里,來自相似細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組合并到索引細(xì)胞中,這大大減少了要處理的數(shù)據(jù)量。
通過手中的新工具,該小組分析了130萬個(gè)細(xì)胞的數(shù)據(jù)集,這是一種可從10x Genomics公開獲得的資源。“BigSCale讓我們深入研究了小鼠大腦的發(fā)育過程,并對(duì)甚至罕見的神經(jīng)細(xì)胞類型進(jìn)行了表征,”該作品的第一作者Giovanni Iacono說。具體而言,大量細(xì)胞使該組能夠放大Cajal-Retzius細(xì)胞的小的瞬時(shí)細(xì)胞群并描述與不同分化階段,空間組織和細(xì)胞功能相關(guān)的主要子結(jié)構(gòu)。“BigSCale框架為幾乎所有物種提供了強(qiáng)大的解決方案,甚至可以在RNA測(cè)序環(huán)境之外應(yīng)用,”Heyn博士解釋說。“我們希望它有助于解釋大規(guī)模研究,例如Human Cell Atlas項(xiàng)目。”
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