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空間轉錄組測序技術

定位和區(qū)分功能基因在特定組織區(qū)域內的活躍表達

產品介紹

空間轉錄組是從空間層面上解析RNA-seq數據的技術，從而解析單個組織切片中的所有mRNA，從而能夠定位和區(qū)分功能基因在特定組織區(qū)域內的活躍表達。

細胞在組織內的物理位置是決定其分子特性的關鍵因素

普通轉錄組

得到組織中混合細胞（bulk）表達情況，無法解析細胞表達異質性，即無法得到每個細胞的表達情況。

單細胞轉錄組

10x genomics等單細胞轉錄組測序技術可以得到每個細胞的表達情況，從而解析組織內細胞異質性。

空間轉錄組

10x visium等將組織切片與轉錄組測序結合，實現(xiàn)空間信息和轉錄本信息的獲取。添加基因表達空間分布信息，進一步提高組織內部分辨率。

技術原理

空間轉錄組測序技術原理

  • 1、對新鮮冷凍組織進行切片，并進行成像。
  • 2、將組織切片放置在含有與RNA結合捕獲探針的載玻片上，并進行固定和透化（使細胞中的mRNA得到釋放，并結合到相應的捕獲探針上，從而獲取基因表達信息）。
  • 3、以捕獲的RNA為模板進行cDNA合成和測序文庫制備。
  • 4、對制備好的文庫進行測序。
  • 5、數據可視化分析（確定哪些基因得到表達，基因表達量，以及這些基因的空間位置信息）。

10x Genomics空間轉錄組測序技術原理

 

10x Genomics空間轉錄組用于文庫構建的每張載玻片上有四個捕獲區(qū)域，每個捕獲區(qū)域的大小為6.5×6.5mm，包含5000個被條形碼標記的點（barcoded spots），每個點的直徑為55 μm，點和點之間中心的距離為100 μm，并且每個點都有一個唯一的barcode序列。

組織切片的細胞中會釋放出mRNA，遷移到每個spot的mRNA會被標記上相應的barcode序列，然后進行文庫構建并進行測序。

最后，根據數據的條形碼信息對數據進行分析，以確定哪些數據來自哪個位置，從而實現(xiàn)空間基因表達的可視化。

應用方向

  • 病理學

    通過添加基因表達維度，得出形態(tài)學結論

  • 免疫學

    免疫細胞浸潤、免疫細胞中的基因表達特征

  • 發(fā)育生物學

    發(fā)現(xiàn)組織背景中與形態(tài)形成有關的基因

  • 神經科學

    繪制大腦的各個細胞層、區(qū)分正常與患病的大腦解剖特征

  • 腫瘤學

    腫瘤微環(huán)境、腫瘤異質性、病程進展、癌癥形態(tài)、腫瘤浸潤淋巴細胞

結果展示

?小鼠腎臟空間轉錄組的mRNA表達及聚類

A代表組織切片的HE染色。B和C分別代表UMI計數和總基因計數與組織空間位置的圖像疊加。D代表基于總體差異表達基因的空間聚類結果，最右邊顯示了cluster2排名前10的特異表達基因。E、F、G、H分別代表了不同基因的空間mRNA表達。

小鼠大腦空間分辨率的基因表達

A代表組織切片的HE染色。B和C分別代表海馬組織的標記基因Tmsb4x和Selenow基因的空間表達情況，結果顯示這兩個基因在海馬體中顯著高表達，符合已知的基因表達模式

常見問題

數據量如何確定

樣本類型、Coverage、表達量不同、數據量也會不同，數據量推薦≥50k reads pairs per spot，(50% tissue coverage * 5000 total spots) * 50,000 read pairs per spot= 125 million read pairs (250M total reads)。故，推薦數據量30G-60G/樣

空間轉錄組數據如何可視化？

詳情見：空間轉錄組數據可視化介紹–loupe browser

樣本如何制備？

實驗流程為：新鮮組織取樣-異戊烷凍存-OCT包埋-冷凍切片-染色-顯微鏡觀察-建庫測序 需要客戶準備：新鮮組織取樣–異戊烷凍存（保存或運輸）–OCT包埋–保存或運輸 客戶在制備樣本時，需要準備3份樣本（至少2份），每塊組織樣本不宜過大（長寬高約0.8 cm ）

a.一份用于常規(guī)RNA提取，以確保樣本自身及樣本制備不存在問題，當RNA RIN>8時，可進行后續(xù)實驗

b.一份用于正常的切片實驗

c.一份用作備份

詳情見：【空間轉錄組】樣本制備（一）

空間轉錄組的已發(fā)表文獻有哪些？

標題

時間 期刊 題目 IF 類別
2020.01 Nature Biotechnology Integrating microarray-based spatial transcriptomics and single-cell RNA-seq reveals tissue architecture in pancreatic ductal adenocarcinomas 31.864? PDAC腫瘤異質性
2020.01 Nature cell biology Combined single-cell and spatial transcriptomics reveal the molecular, cellular and spatial bone marrow niche organization 17.428 骨髓造血微環(huán)境
2019.12 Cell A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart 36.216 人類心臟發(fā)育
2019.04 Science Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis 41.037 肌萎縮性側索硬化癥
2018.11 Nat Protoc Barcodedsolid-phase RNA capture SpatialTranscriptomics pro?ling mammaliantissue sections 11.334 實驗方法
2018.10 Cancer Research Spatially Resolved Transcriptomics Enables Dissection of Genetic Heterogeneity in Stage III Cutaneous Malignant Melanoma 8.378 黑色素瘤異質性
2018.06 Nat Commun Spatial maps of prostate cancer transcriptomes reveal an unexplored landscape of heterogeneity 11.878 前列腺癌異質性

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