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Week31 — scRNA-seq分析克隆體細胞內的單等位基因模式

在二倍體生物中,等位基因的不均等表達或者說只有壹個等位基因表達的模式可形成細胞的異質性。這壹觀點在前面幾篇文章中簡單進行了介紹,

但是關於這個觀點仍存在爭論,有很多問題還是不明確,如體細胞常染色體的單等位基因表達模式是否存在通過有絲分裂遺傳(即克隆),如果存在有多大比例?

這篇文章用sc-RNA-seq技術以克隆的原代小鼠成纖維細胞和新鮮的人CD8+ T細胞作為細胞模型,探究單等位基因的克隆(clonal aRME)和動態(dynamic aRME)表達模式。這篇文章的結果中他們雖然檢測到了clonal aRME,但是這種模式卻非常少,只在<1%的基因檢測到了,而且主要影響表達非常弱的基因。因此認為大部分aRME在單細胞中是短暫出現的,分散在體細胞群,而不是局限在克隆相關的斑塊。

幾個重要的概念:

主要結果:

隨機選取單個成纖維細胞或單克隆擴增後用Smart-seq2進行單細胞轉錄組測序,最終選取了7個克隆(圖a)。總***檢測到10,702個基因表達(RPKM>1),有82%的基因具有菌株特異性的SNPs。然後用這些SNPs他們鑒定到每個基因的表達模式是作為雙等位基因表達,還是母本單等位基因或父本單等位基因表達亦或者是沒有在細胞中檢測到。

接下來他們用RPKM>20的閾值鑒定aRME(文章中還說這個閾值決定了dynamic aRME rates,不明白為什麽選擇這個閾值,還說這個閾值可以確定dynamic aRME rates),觀測到成纖維細胞中常染色體基因有13%(平均值)是單等位基因表達(圖b)。

然後就是確定aRME是clonal 還是dynamic模式。若是clonal aRME模式的,那麽也就是說單等位基因的表達在克隆細胞中是壹樣的,同時要排除印記基因和染色體變異的情況。他們的數據結果顯示dynamic aRME在原代成纖維細胞中占aRME的95%,在RPKM>20的表達基因中,他們檢測到clonal aRME(圖e)。

為了鑒定clonal aRME他們設計了“gene-level test”,最終在兩個克隆中發現clonal aRME分別占0.45%和0.57%(圖c/d)。這個過程他們以印記基因的檢測做為陽性對照。另外他們發現具有clonal aRME的這些基因表達水平低,每個細胞中約2RNA拷貝(中值)(圖e)。clonal aRME沒有呈現出劑量補償效應,因為clonal aRME傾向於非克隆群中產生壹半的轉錄本,clonal aRME的基因和非克隆細胞中單等位基因具有相等的轉錄產出(圖f)。

接下來他們第壹次在體內的壹個體細胞類型中確定了dynamic aRME和clonal aRME的普遍性。

壹個接種了黃熱病疫苗的男性捐贈者,血液樣本在第15天(急性期)和136天(記憶期)收集(圖a)。他們發現收集的T細胞中aRME在記憶時期的比例更大(圖b),但是T細胞中clonal aRME的比例仍然很低(圖c)。他們的“gene-level test”發現了壹小部分具有clonal aRME的基因,尤其是 KLRB1 在不同克隆中出現的等位基因不平衡(圖d)。

即使在單等位基因表達水平高的T細胞中,大多數aRME依然是動態的,只有稀少的clonal aRME。

為了確定什麽因素影響dynamic aRME,他們提出假設在大的細胞中增強轉錄速率可能導致dynamic aRME的降低。然後他們選取直徑不壹樣的大小成纖維細胞進行實驗和測序分析,發現大細胞包含更多的ploy A RNA, 與小細胞相比具有更低程度的aRME(圖a,b,c)。然後他們觀察到dynamic aRME與細胞周期的關系,發現在G0期,dynamic aRME是增高的(d,e),與人類體內記憶T細胞的aRME的增高是壹致的。

這篇文章的初衷是探索aRME在克隆細胞中的表達模式,結果發現clonal aRME這種模式在原代細胞和體內細胞中都非常低(<1%),而>95%的細胞內aRME是動態的,而且這種dynamic aRME的水平與細胞的轉錄活動、細胞的大小、免疫激活反應和細胞周期相關。

這篇文章的數據結果總的來說促進了對等位基因特異性基因表達的認識,並揭示了clonal aRME如何產生可變的表達和外顯率,為細胞的異質性和個體的異質性提供了新的思路。但是我仍有幾個疑惑,在細胞中低於<1%的具有clonal aRME模式的基因有什麽作用,在物種間是否具有保守性,究竟是否會對表型產生影響,另外dynamic aRME的隨機性和動態變化是否存在自身可以調節的壹個平衡?

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