Life Med | 李墨建立新测序技术揭示单细胞中隐藏的线粒体基因突变

Individual Mitochondrial Genome sequencing (iMiGseq^1,2)，是一项突破性的测序技术（图1），有望革新对线粒体DNA（mtDNA）突变的研究。这种新颖的方法可以对线粒体基因组进行更详细和准确的测序，其应用于单细胞时，特别是女性生殖细胞-卵细胞，有着重要的临床意义。

线粒体，通常被称为细胞的“动力工厂”，有自己独特的mtDNA。mtDNA上的突变会导致各种疾病，这些疾病相关的突变可以通过母亲的卵细胞传递给后代，导致线粒体遗传病。遗憾地是，目前的mtDNA测序方法存在一些局限性，无法对疾病相关mtDNA突变进行全面的检测，经常漏掉低频率的突变。

基于Individual DNA Molecule sequencing (IDMseq³) 开发的iMiGseq技术非常有希望克服这些挑战。它为单细胞中每个完整的mtDNA标记了独特的分子印迹，因此可以进行无偏的、高通量的单碱基分析完整的线粒体基因组。这种方法已经成功地在人和小鼠卵母细胞中检测到以前极难检测到的线粒体突变，揭示了与癌症或线粒体疾病可能相关的罕见突变的普遍存在。

图1：iMiGseq的测序原理和临床应用

iMiGseq 的一个显著优势是其能够检测远低于1%频率的mtDNA突变。这种超高灵敏度在评估线粒体基因编辑的安全性方面至关重要。在基于mitoTALEN的线粒体基因编辑过程中，iMiGseq揭示了非预期的 mtDNA 异质性转移风险，阐明了在分析mtDNA编辑结果时需要超灵敏的方法来评估编辑手段的安全性。

在辅助生殖技术领域，iMiGseq可以作为新的检测手段，用以检测胚胎中线粒体突变，筛选健康胚胎。最后，iMiGseq可以帮助揭示mtDNA突变和衰老之间的关系。通过提供详尽的mtDNA突变，研究人员可以更好地理解衰老过程，并开发潜在的治疗干预措施。

总之，mtDNA测序已经显示出多方面的临床价值，而iMiGseq的引入显著提高了线粒体测序的准确性，为进一步理解线粒体基因组提供了新的技术手段。

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英文全文链接：

https:///10.1093/lifemedi/lnad028

引用本文：

Ismail M Shakir, Mo Li, Novel single-cell mtDNA sequencing technology reveals hidden mutations in oocytes, blastoids, and stem cells, Life Medicine, Volume 2, Issue 4, August 2023, lnad028, https:///10.1093/lifemedi/lnad028

参考文献：

1. Bi, C. et al. Single-cell individual full-length mtDNA sequencing by iMiGseq uncovers unexpected heteroplasmy shifts in mtDNA editing. Nucleic Acids Res 51, e48, doi:10.1093/nar/gkad208 (2023).

2. Bi, C. et al. Quantitative haplotype-resolved analysis of mitochondrial DNA heteroplasmy in Human single oocytes, blastoids, and pluripotent stem cells. Nucleic Acids Res 51, 3793-3805, doi:10.1093/nar/gkad209 (2023).

3. Bi, C. et al. Long-read individual-molecule sequencing reveals CRISPR-induced genetic heterogeneity in human ESCs. Genome biology 21, 213, doi:10.1186/s13059-020-02143-8 (2020).

作者简介

李墨

阿卜杜拉国王科技大学

李墨本科毕业于北京大学生命科学院细胞与遗传专业，博士时期就读于美国佐治亚大学（University of Georgia）细胞生物学系，随后于索尔克生物研究所（Salk Institute for Biological Studies）Juan Carlos Izpisua Belmonte实验室接受博士后训练，现任阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）生物与环境科学与工程学院副教授。他的实验室致力于利用多潜能干细胞、体细胞重编程、和基因组编辑技术来研究疾病以及再生机理。李墨课题组近期利用自主开发的纳米孔测序技术揭示CRISPR/Cas9基因组编辑工具在人类干细胞中产生的意外大型插入或缺失突变，从而指出基因组编辑技术的潜在安全问题。他的实验室近期开发出单细胞单线粒体全基因组测序方法。李墨课题组同时致力于人类早期发育干细胞模型研究。他至今在Nature, Cell，New England Journal of Medicine, Genome Biology等国际学术期刊发表论文70余篇。

制版：嘉明