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10x Genomics解读成人视网膜的单细胞转录组图谱

 健明 2021-07-15

当你的才华还撑不起你的野心时,请潜下心来,脚踏实地,跟着我们慢慢进步。不知不觉在单细胞转录组领域做知识分析也快两年了,通过文献速递这个栏目很幸运聚集了一些小伙伴携手共进,一起成长。

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单细胞转录组分析综述

单细胞入门-读一篇scRNA-seq综述


文章信息


今天带来的这篇文章2019年8月发表在期刊The EMBO journal(IF:11.227)上,题为A single-cell transcriptome atlas of the adult human retina 。



总 · 览


视网膜是一种特殊的神经组织,可以感知光线并启动图像处理。为了全面剖析人类视网膜,作者使用10x Genomics单细胞转录组测序技术,对来自三位捐献者的20,009个细胞进行了单细胞RNA测序,并编制了参考转录组图谱。使用无监督的聚类分析,确定了在转录上不同的18种细胞群,它们代表所有已知的神经视网膜细胞:视杆感光细胞,视锥细胞感光细胞,Müller胶质细胞,双极细胞,无长突细胞,视网膜神经节细胞,水平细胞,星形胶质细胞和小胶质细胞。另外,作者揭示了在捐献者死后时间较长的情况下分子MALAT1表达的丧失,这可能暗示了MALAT1在杆状光感受器变性中的新作用。


 生信分析主要方法   


  1. cellranger pipeline用于将原始下机的BCL文件转换为fastq文件 。

  2. 为了从fastq文件生成读取计数矩阵,作者使用了cellranger count,使用STAR aligner将高质量的读取映射到转录组(GRCh38),并执行UMI计数。

  3. 使用cellranger聚合函数(aggr)合并了五个文库并归一化了样本间文库大小的差异。

  4. 用Seurat对测序文库进行质量控制,以去除异常细胞和基因。

  5. 使用LogNormalize方法进行了其他细胞间的归一化处理,并回归了由线粒体基因表达和每个细胞的唯一分子标识符(UMI)数量引起的固有变异.

  6. 使用基于图的共享最近邻方法(SNN),对前20个主要成分的PCA减少的表达数据进行0.6分辨率的聚类, 聚类结果使用t分布随机邻居嵌入(t-SNE)可视化。


 样本  


捐献者死后15个小时之内的神经视网膜细胞


 主要结果   


人神经视网膜单细胞转录组鉴定主要细胞类型

作者合并了来自三个神经视网膜样品的五个scRNA-seq结果进行处理和分析。从23,000个细胞中,平均每个细胞获得40,232个读数,每个细胞获得1,665个UMI(唯一转录本)。在使用Seurat软件包进行质量控制和过滤之后,最终数据集包含20,009个细胞。图A显示,作者采用无监督聚类方法将这些细胞分成18个群。图B显示样本来源的分布。图CD显示,作者根据已经报道的marker基因鉴定得到9种类型的细胞。

健康且退化的人体杆感光受体亚群分析

接下来作者分析了14759个杆状光感受器细胞。图A显示,杆状光感受器细胞已知的7个marker在6个亚群中的差异表达情况。图B显示,许多杆状光感受器细胞群来自单个供体,这可能是由于样本批次差异造成的。接下来,作者进一步定义和分类杆状光感受器细胞的异质性,作者发现MALAT1是一种长非编码RNA,在视网膜稳态和疾病中起作用。图的B-D显示了MALAT1在杆状光感受器细胞中的表达有高低的区别。作者使用RNA原位杂交方法验证了这一结果,图E。

前面提到了可能会有批间差,因此作者用CCA工具来矫正。

人类视网膜中视锥细胞及胶质细胞的转录组图谱分析

接下来作者分别根据marker基因分析了视锥细胞及胶质细胞数据。

使用人类神经视网膜转录组图谱进行基准测试

作者为了证明实验结果数据集可以作为基准参考,比较了使用其他方法生成的不同细胞类型的scRNA-seq图谱,包括胎儿的人类视锥细胞感光细胞、人类诱导的多能干细胞衍生的视锥细胞感光细胞(hiPSC-cone)以及具有139个细胞的成年人类视网膜样本。分析表明,成年人类视网膜样品显示出与杆状感光器细胞最高相似性,hiPSCcone分化15周后的转录组显示出与视锥细胞感光细胞的相似度最高(0.63),而与所有其他视网膜细胞类型的相似度较低,特别是,hiPSC-cone与胎儿锥型感光体和成人锥型感光体的相似性很高(分别为0.71和0.61),而与成人杆状感光体的相似性低得多(0.33)。这些结果证实hiPSC-cone向视锥细胞直接分化具有较好的质量,且诱导分化的视锥细胞与成人相比更接近胎儿来源。

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