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Nature:利用单细胞RNA测序技术揭示肺部细胞的层级谱系结构

来源:生物谷 2014-04-17 10:53

2014年4月17日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际杂志Nature上的一篇研究论文中,来自斯坦福大学的研究人员揭示了一种新型复杂的遗传编码,其可以促使胚胎细胞增殖并且将其转化成为特殊类型的细胞用以完成不同的机体任务。

文章中研究者从小鼠的胚胎中取出肺部细胞,在胚胎发育的不同阶段点选取不同的样本,利用新型的单细胞基因组分析技术,研究者就可以记录得到在每一个细胞每一个周期点的时候处于激活状态的基因,尽管本文是对小鼠胚胎肺部细胞进行研究,但是这项新型研究技术适用于任何类型的细胞。

研究者使用这种新型的技术来研究肺泡中的细胞,实验中研究人员在三个怀孕阶段中从小鼠的胚胎中分离得到了198个肺部细胞,14.5天、16.5天以及18.5天(小鼠平均出生时间为20天),同时研究者从成年小鼠体内也分离到了一些肺部细胞供研究;使用标准的酶学技术,研究者溶解掉了肺细胞之间的粘连蛋白质,随后对不同类型的肺泡进行分类;研究者表示下一步他们将会利用这种新型技术用于心脏疾病的研究。

对分离得到的198份肺部细胞样本进行分析后,研究者利用新型的单细胞基因组测序技术对其进行测定,就可以获得每一个细胞每一个时间点处于活性状态的基因;利用单细胞基因组的测序技术,研究人员就可以揭示单一祖细胞如何分化成为不同类型细胞的机制;尽管当前主要利用肺部细胞来进行研究,但是这项新型技术同样适用于别的领域的研究。

研究者Desai最后表示,这项研究对于科学家理解细胞类型的多样性提供了一定的思路,对于开发新型治疗疾病的靶向性疗法提供了新的研究依据和线索。(生物谷Bioon.com)

Reconstructing lineage hierarchies of the distal lung epithelium using single-cell RNA-seq

Barbara Treutlein, Doug G. Brownfield, Angela R. Wu, Norma F. Neff, Gary L. Mantalas, F. Hernan Espinoza, Tushar J. Desai, Mark A. Krasnow & Stephen R. Quake

The mammalian lung is a highly branched network in which the distal regions of the bronchial tree transform during development into a densely packed honeycomb of alveolar air sacs that mediate gas exchange. Although this transformation has been studied by marker expression analysis and fate-mapping, the mechanisms that control the progression of lung progenitors along distinct lineages into mature alveolar cell types are still incompletely known, in part because of the limited number of lineage markers1, 2, 3 and the effects of ensemble averaging in conventional transcriptome analysis experiments on cell populations1, 2, 3, 4, 5. Here we show that single-cell transcriptome analysis circumvents these problems and enables direct measurement of the various cell types and hierarchies in the developing lung. We used microfluidic single-cell RNA sequencing (RNA-seq) on 198 individual cells at four different stages encompassing alveolar differentiation to measure the transcriptional states which define the developmental and cellular hierarchy of the distal mouse lung epithelium. We empirically classified cells into distinct groups by using an unbiased genome-wide approach that did not require a priori knowledge of the underlying cell types or the previous purification of cell populations. The results confirmed the basic outlines of the classical model of epithelial cell-type diversity in the distal lung and led to the discovery of many previously unknown cell-type markers, including transcriptional regulators that discriminate between the different populations. We reconstructed the molecular steps during maturation of bipotential progenitors along both alveolar lineages and elucidated the full life cycle of the alveolar type 2 cell lineage. This single-cell genomics approach is applicable to any developing or mature tissue to robustly delineate molecularly distinct cell types, define progenitors and lineage hierarchies, and identify lineage-specific regulatory factors.

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