必发365平台网址新工具可实现单细胞的大规模分析

该工具可能适用于任何疾病,从阿尔茨海默氏症到慢性淋巴细胞白血病。我们将应用我们的工具为许多疾病提出新的靶基因,然后可以在进一步研究中得到验证。Iacono说。

BigSCale在鉴定细胞类型特异性基因方面非常强大,这极大地有助于实验的下游解释,CNAG-CRG团队负责人兼该研究的资深作者Holger Heyn说。名为BigSCale的分析工具的新颖之处在于一个敏感地确定单个细胞之间差异的数值模型。绘制了各个细胞彼此之间的差异,可以将它们组合在一起形成细胞群,以描述给定组织的细胞复杂性。由于几乎所有组织都由不同的细胞类型和亚型组成,因此这种分析可以在没有初始假设的情况下指导无偏的深入表征。

细胞是生命的基本单位,它们在胚胎中分裂、生长并获得不同的功能,最终形成不同细胞类型,从而形成身体的各种组织。这些组织汇聚在一起形成器官,例如心、肺、脑、肾脏和肝脏。按照医学教科书的说法:“人体由数万亿细胞构成,已经发现的细胞种类有200多种。”不过真实的数据毫无疑问会比这个数字要高很多。

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必发365平台网址 ,人体中的所有细胞共享相同的基因组,但由于基因表达,每个细胞都有可能在组织或器官中变得特异。世界各地的科学家正在研究一个细胞与另一个细胞的区别。基因组研究目前面临的挑战之一是分析许多单个细胞,以便找到并识别这些差异。使用单细胞RNA测序分析单个细胞对于应对这一挑战至关重要,并彻底改变了我们对组织,器官和生物复杂性的理解。通过一次观察一个细胞的基因表达,科学家们现在能够以前所未有的分辨率描述样本的异质性,而无需事先了解其组成。

近日,来自全世界的一群顶级科学家齐聚伦敦,讨论一项雄心勃勃的全球合作计划——创建一个人类细胞图谱。这一计划的目的是希望破译出人体中每个细胞的类型和特性,构建健康人体的参考图,从而加速生物医学进展,比如了解人类为什么会生病。

为克服这一障碍,由Holger Heyn领导的西班牙巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的国家基因组分析中心(CNAG-CRG)的一组科学家开发了一种新的计算工具,基于数学图论,用于推断健康和病理器官的全球大规模调节网络,例如那些受糖尿病或阿尔茨海默病影响的器官。研究人员能够确定与器官功能和疾病潜在驱动因素相关的基因。他们将在最新一期的基因组生物学杂志上发表他们的研究结果。

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在Zador看来,人类基因组计划的编制对于现代生物学的意义是革命性的,不仅仅是因为它所产生的数据,更是因为它撬开了现代基因组排序技术的奥秘。相比而言,全基因组关联分析的项目让人失望,这个项目主要是在人类全基因组范围内找出存在的序列变异,从而为研究复杂疾病提供数据分析支撑。“GWAS项目花了巨大的资金,但是结果并没有获得同等的产出,还不如多投一些小的项目。”Zador对记者表示,“人类细胞图谱最后会具体落到哪个领域,现在也还不清楚。”

我们以前开发的单细胞转录组学工具对于发现未知细胞类型非常有用,CNAG-CRG的高级博士后研究员,该研究的第一作者Giovanni Iacono说。这些工具使我们能够描述细胞的新类型和亚型,具有独特的生物学作用和等级关系,他补充道。

通过手中的新工具,该小组分析了130万个细胞中最大的单细胞基因表达数据集之一,这是一种可从10x Genomics公开获得的资源。BigSCale让我们深入研究了小鼠大脑的发育过程,并对甚至罕见的神经细胞类型进行了表征,该作品的第一作者Giovanni Iacono评论道。具体而言,大量细胞使该组能够放大称为Cajal-Retzius细胞的小型瞬时细胞群,并描述与不同分化阶段,空间组织和细胞功能相关的主要亚结构。BigSCale框架为几乎所有物种提供了强大的解决方案,甚至可以在RNA测序环境之外应用Heyn博士解释说并补充说:我们希望它有助于大规模研究的解释,

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尽管近几十年来我们对人体细胞和组织的了解已经稳步增加,但许多事情仍然未知。例如,细胞存在于短暂的动态状态,理解它们是破译疾病和找到治疗方法的基础。在实验室中用于研究细胞类型的经典技术面临限制,并且不能实现细胞功能的精细细节。

Holger Heyn在基因组调控中心(CNAG-CRG)的国家基因组中心领导的新研究提出了一种复杂的计算框架,用于分析单细胞基因表达水平,可扩展以处理数百万个细胞。这项研究发表在最新一期的科学期刊基因组研究上,首次展示了一种能够分析如此大的单细胞RNAseq数据集的工具。这极大地扩展了单细胞基因组研究的极限。

巧合的是,Zador正在做的一项研究也是绘制一幅“云图”,不过是人脑图谱。他的团队通过一项名为MAP-seq的新技术,利用RNA“条形码”能够绘制出人脑约850亿个神经元细胞之间多达15万亿种连接,有望实现深度神经网络的重大突破。

我们开发的网络分析超越了目前应用的方法,可以深入了解基因活动如何塑造组织和器官。这对于了解这些网络被破坏的疾病以及找到有效治疗的跟腱至关重要。海因说。

因此,大规模的单细胞项目导致了以前未知的细胞类型的鉴定以及生物体的综合细胞图谱的绘制。在Human Cell Atlas项目的框架内,研究人员旨在创建构成人体的所有细胞类型的图谱。然而,此类研究创建了大量的测序数据,分析大型数据集是一项重大挑战。

目前人类基因图谱的第一个试点性的研究已经开启。单细胞基因组学领域的技术进步,让科学家们可以从不同的组织和器官中分离单个细胞,并测量每个细胞的转录组或其他重要分子,在过去,测量这种复杂和广泛的信息几乎是不可能的。

这个科学团队现在开发的工具将使他们更进一步,看看基因如何相互作用形成组织。我们的工具试图准确地解决控制细胞形态和功能的调节过程,Iacono强调说。

CNAG-CRG的一组科学家与Pompeu Fabra大学(UPF)和西班牙稀有疾病生物医学研究联合会(CIBERER)的研究人员合作,现已开发出一种高效的计算框架,可以对其进行处理,分析和解释。如此大规模的单细胞实验。该小组通过分析最大的单细胞研究之一,用130万个发育中的小鼠大脑的个体细胞来说明他们的策略的力量。

Regev博士和Teichmann博士所倡导的这样一份人类细胞图谱已经获得了来自扎克伯格和妻子PriscillaChan的支持。而要真正建立起这样一幅图谱,全球的实验室必须联合起来。而一旦这幅图谱被绘制出来,研究人员将不仅仅能够发现人体细胞的全部种类,而且能确切地找到它们在哪些器官起作用。

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