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單細(xì)胞RNA測序技術(shù)原理和方法

 更新時(shí)間:2023-11-08 點(diǎn)擊量:1241

單細(xì)胞RNA測序(scRNA-seq)是一種高分辨率的技術(shù),用于研究細(xì)胞內(nèi)個(gè)體基因的表達(dá)模式。它允許對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行基因表達(dá)譜的分析,揭示了細(xì)胞異質(zhì)性、細(xì)胞類型和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

單細(xì)胞RNA測序技術(shù)原理:

單細(xì)胞RNA測序的基本原理是將每個(gè)單個(gè)細(xì)胞的RNA捕獲和測序。它主要包含以下步驟:細(xì)胞分離、細(xì)胞裂解和RNA捕獲、逆轉(zhuǎn)錄和擴(kuò)增、文庫制備和測序、數(shù)據(jù)分析。

1. 細(xì)胞分離:

單個(gè)細(xì)胞通常通過熒光活化細(xì)胞分選(FACS)或微流控滴系統(tǒng)等方法進(jìn)行分離和排序。這些技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞在獨(dú)立的孔或微流控腔室中的分離。

2. 細(xì)胞裂解和RNA捕獲:

分離的單個(gè)細(xì)胞經(jīng)過細(xì)胞裂解,以釋放RNA分子。對(duì)于捕獲和條形碼化每個(gè)單個(gè)細(xì)胞的RNA分子,可以使用不同的方法,例如基于微流控平臺(tái)的inDropsDrop-seq或使用微孔。 

3. 逆轉(zhuǎn)錄和擴(kuò)增:

釋放的RNA分子通過逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)轉(zhuǎn)化成互補(bǔ)DNAcDNA),逆轉(zhuǎn)錄過程中使用包含分子標(biāo)識(shí)符(UMIs)的寡聚dT引物。UMIs有助于在后續(xù)步驟中區(qū)分和消除潛在的擴(kuò)增偏差。隨后,經(jīng)過擴(kuò)增來產(chǎn)生足夠用于測序的cDNA

4. 文庫制備和測序:

擴(kuò)增的cDNA被片段化,并且接入測序適配體。經(jīng)過文庫制備后,可以利用高通量測序平臺(tái)(如Illumina測序儀)對(duì)文庫進(jìn)行測序,以獲得RNA序列信息。

5. 數(shù)據(jù)分析:

從測序設(shè)備中獲取的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一系列計(jì)算分析。通常包括質(zhì)量控制、比對(duì)、表達(dá)量定量和歸一化等步驟。使用單細(xì)胞生物信息學(xué)工具對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以識(shí)別和分析單個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)譜。

單細(xì)胞RNA測序方法:

單細(xì)胞RNA測序的方法主要分為三類:分液法、微孔法和流式細(xì)胞排序結(jié)合擴(kuò)增法。分液法使用微型通道將單個(gè)細(xì)胞隔離到獨(dú)立的小液滴或腔室中,然后進(jìn)行RNA測序。微孔法通過將單個(gè)細(xì)胞分離到微小孔洞中進(jìn)行RNA捕獲和測序。流式細(xì)胞排序結(jié)合擴(kuò)增法則是利用流式細(xì)胞分選技術(shù)將單個(gè)細(xì)胞分離到96孔板中,并進(jìn)行擴(kuò)增和測序。



測序設(shè)備及應(yīng)用:

在單細(xì)胞RNA測序中,常用的設(shè)備主要包括熒光定量PCR儀、細(xì)胞分選儀(如FACS)、微流控滴系統(tǒng)、PCR儀、基因測序儀和計(jì)算機(jī)等。細(xì)胞分選儀用于將單個(gè)細(xì)胞分離和排序,微流控滴系統(tǒng)用于單細(xì)胞RNA分子的捕獲,PCR儀用于逆轉(zhuǎn)錄和擴(kuò)增步驟,測序儀用于生成RNA測序數(shù)據(jù),(續(xù))在細(xì)胞發(fā)育領(lǐng)域,單細(xì)胞RNA測序可以幫助研究器官和組織發(fā)育過程中細(xì)胞的分化軌跡和細(xì)胞命運(yùn)決定。它可以鑒定并追蹤不同細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄組動(dòng)態(tài)變化,揭示細(xì)胞分化和多能性維持的機(jī)制。

在醫(yī)學(xué)研究方面,單細(xì)胞RNA測序可以幫助醫(yī)學(xué)鑒定相關(guān)細(xì)胞亞群及發(fā)生和進(jìn)展的關(guān)聯(lián)。例如,在腫瘤學(xué)中,單細(xì)胞RNA測序可以揭示腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性和逃逸機(jī)制,有助于發(fā)現(xiàn)潛在的靶點(diǎn)。

   在免疫學(xué)中,單細(xì)胞RNA測序可以幫助鑒定和描述免疫細(xì)胞的次群,并解析不同免疫細(xì)胞在免疫應(yīng)答中的作用和相互作用。這有助于我們更好地理解免疫系統(tǒng)的調(diào)控和免疫機(jī)制。

   在神經(jīng)科學(xué)中,單細(xì)胞RNA測序可以用于研究神經(jīng)系統(tǒng)中不同細(xì)胞類型的功能特征和轉(zhuǎn)錄組變化。這有助于我們理解神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和功能編碼的分子機(jī)制,以及神經(jīng)系統(tǒng)研究。

單細(xì)胞RNA測序的發(fā)展離不開高通量測序技術(shù)的支持。目前,Illumina測序儀是常用的測序儀之一,它具有高度靈敏性和準(zhǔn)確性,適合用于單細(xì)胞RNA測序。同時(shí),搭配上一系列的前處理和數(shù)據(jù)分析工具,如SeuratScanpy、Cell RangerMonocle等,可以對(duì)單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)處理、可視化和生物信息學(xué)分析。

     單細(xì)胞RNA測序是一種近幾年熱門的生物技術(shù),可以幫助我們了解細(xì)胞的異質(zhì)性、細(xì)胞類型和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。它在細(xì)胞發(fā)育、疾病研究、免疫學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,有助于推動(dòng)我們對(duì)生命科學(xué)的深入理解。更多相關(guān)產(chǎn)品請(qǐng)進(jìn)入蘇州阿爾法生物實(shí)驗(yàn)器材有限公司網(wǎng)站進(jìn)行了解。


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