用Celltag的谱系和身份的单细胞跟踪

由Beth Kenkel.

Beth Kenkel.

直接重新编程描述将分化细胞变成细胞类型的过程,同时绕过中间多能状态。虽然再生医学有价值的工具,但直接重新编程是一个低效的过程,随着大多数细胞未能发展所需的身份。

单细胞技术的开发,如单细胞RNA-SEQ(ScRNA-SEQ)现在,现在允许科学家识别成功重新编程的几个细胞的基因表达模式。遗憾的是,Scrna-Seq只捕获单个时间点细胞的基因表达,使得难以调查早期表达模式如何影响重编程结果。

Celltag来自华盛顿大学的Morris实验室在圣路易斯提供组合索引策略,同时跟踪单细胞级别的克隆历史和细胞身份,从而将祖先基因表达模式与重编程结果联系(Biddy等,2018)。

用Celltag跟踪单个单元级别的谱系和细胞标识

Celltag谱系追踪概述Celltagging是A.慢动力基于标记的标记方法用遗传条形码标记细胞。条形码包括8bp可变区域和6bp固定区域。可变区域充当各个单元格的唯一标识符。每个细胞标记为3-4标签,以增加Celltag库的多样性。固定区域充当库特定的标识符,并允许在重新编程期间在多个时间点处用不同的Celltag库标记单元格。这些图书馆特定的标识符表现为时间戳,并帮助解复用SCRNA-SEQ数据并构建多世代细胞谱系树。在10周的时间内检测到Celltags。他们的表情随着时间的推移而减少,但它们并没有沉默。

在这里找到Celltag库!

Celltag的应用

莫里斯实验室开发的Celltag以跟踪​​小鼠胚胎成纤维细胞(MEFS)的直接重新编程为诱导的Endoderm祖细胞(IEP),自我更新的细胞类型,可以分化为肝脏或肠细胞类型。通过逆转录病毒表达将MEFS重新编程为IEPS转录因子FOXA1和HNF4α,类似其他重编程协议的过程效率低下。

在28天的研究期间,在三个时间点依次用不同的Celltag文库依次标记细胞:在重新编程之前(CelltagMef.),在三天转录因子重编程治疗结束时(CelltagD3)和重新编程开始后13天(CelltagD13),这是IEP表型通常出现的。每三天,收集细胞样品以进行ScRNA-SEQ分析,并且剩余的细胞保持在培养物中。IEP细胞生理和重编程效率是不受蜂窝织的影响

By constructing lineage trees and comparing them with the gene expression changes of more than 100,000 cells undergoing iEP conversion, the Morris Lab found that cells took one of two trajectories: a route towards successful iEP conversion or a ‘dead-end' path where cells were partially reprogrammed and re-expressed fibroblast genes. Most cells ended up taking the ‘dead-end’ path. The CellTags revealed that cells with common ancestors tended to have similar reprogramming outcomes. For example, cells with shared CellTagD13标签通常具有相似的基因表达模式变化和重编程结果,表明结果已经确定至少第13天。然而,尽早看到了不同的转录状态。这些结果均表明IEP重编程不是随机的,但rather there’s a particular cell state that’s permissive to reprogramming.Celltag重编程谱系在这个谱系追踪实验中,Morris实验室鉴定了一种新的基因,Mettl7a1.,其表达有助于同轴电池成功IEP重新编程。metti7a1.编码一个无表调定甲基转移酶。添加Mettl7a1.对于标准的FoxA1-HNF4α逆转录病毒过度表达鸡尾酒产生基于单细胞基因表达模式的全重编程细胞增加三倍。

实验室还使用了Celltags标记两个细胞群体在小鼠肠道中的竞争性移植测定中,在长期跟踪中展示其效用体内Guo等人。,2019年)。

Celltag的关键外来

Celltag是一种组合细胞索引工具,其结合了ScRNA-SEQ和谱系跟踪,以跟踪与细胞标识的变化相关的基因表达和克隆历史的动态。莫里斯实验室使用蜂窝织揭示了揭示了IEP转换的MEF的两个不同的轨迹,但是可以使用Celltag研究其他生物过程,其中细胞正在进行身份变化,例如诱导多能干细胞的分化或癌症的克隆演变。

如果您要使用CellTag,您可以找到Celltag图书馆在addgene。这Morris Lab的网站还有几种有用的资源,包括在Github上的协议和分析教程上的详细CellTag协议的链接,以及CeltTag谱系数据可视化工具。

CellTag GIF动画查看CellTag网页!


参考

Biddy,Brent A.等人。“直接重新编程中的谱系和身份的单细胞映射。”自然564.7735(2018):219PMID:30518857

郭,Chuner等人。“Celltag索引:单细胞基因组学的基于遗传条形码的样品复用。”生物奇(2019):335547。

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