中外科学家Nature发表单细胞测序新成果

中国教育装备采购网2013-08-21 11:09围观117次我要分享

  来自同济大学医学院、南京医科大学和加州大学洛杉矶分校的科学家们,利用强大的单细胞RNA测序技术以前所未有的精确水平,追踪了人类和小鼠胚胎的遗传发育。该技术使得研究人员能够更早及更准确地诊断遗传病,即便是在8细胞期。同济大学医学院的薛志刚(Zhigang Xue)博士、南京医科大学的刘嘉茵(Jia-yin Liu)教授及加州大学洛杉矶分校的人类遗传学和分子生物学教授范国平(Guoping Fan)为这篇论文的共同通讯作者。研究结果在线发表在《自然》(Nature)杂志上。

  单细胞RNA测序使得研究人员能够确定在某一特定细胞中全部基因转录物的精确状态,或是所有活性表达的基因。范国平说:“该技术具有双重优点。它能够实现比以前更为全面的分析,并且该技术只需要非常少量的样本材料——1个细胞。”除了用于遗传诊断,提高科学家们鉴别如BRCA1和BRCA2(导致妇女易罹患乳腺癌和卵巢癌)等遗传突变的能力,或是确诊由蛋白质功能障碍引起的遗传疾病,如镰状细胞病的能力,该技术还能在生殖医学中发挥重要的用途。

  该技术标志着遗传诊断的一个重要进展,从前在胚胎发育的早期无法进行遗传诊断,且需要更大量的生物学材料。在新研究中,科学家们利用单细胞表达谱研究的RNA-seq技术,突破了起始样本量少的瓶颈,对人胚胎早期发育各阶段全基因组RNA转录谱进行了系统分析,发现在胚胎发育早期各阶段中存在着父亲或母亲来源的单等位基因表达差异。

  同时运用加权基因共表达网络分析(WGCNA)显示胚胎早期发育各阶段中的细胞周期、基因调控、蛋白质翻译以及代谢通路的转录变化是以分步进行的方式按顺序发生,并明确了该机制在物种间保守存在,仅在发育特异性和时序上有所差异,证明了哺乳动物早期胚胎发育进化上的共性。此外,该研究还发现了驱动胚胎早期发育各阶段的关键候选基因。论文的共同第一作者、范国平实验室博士后学者Kevin Huang说:“在这篇论文之前,我们对于早期人类发育并不十分了解。现在我们可以定义其‘正常’的样子,因此为了我们将以此为基准,对照出可能的遗传问题。这是我们第一次全面略看正常的情况。”

  利用单细胞RNA测序,检测到了比从前多得多的基因转录。范国平说:“我们的问题是,‘这一基因网络是如何驱动早期发育从1个细胞到2个细胞,从2个细胞到4个细胞,以此类推的?’利用共同作者、加州大学洛杉矶分校Steve Horvath开发的基因组数据分析方法,我们揭示了重要的基因网络,并且我们现在可以在8细胞期预测未来可能的遗传疾病。”

  这项研究获得了中国科技部、中国国际科学技术合作项目和中国国家自然科学基金的支持。

 

来源:上海卡努生物科技有限公司作者:上海卡努生物科技有限公司

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