在我的印象中,自2020年开始,“Spatial transcriptomics”开始成为生信这条大街上最靓的仔,一时风头无两,频频登上CNS顶刊和其旗下大子刊。这么火的话题,怎么能不来凑凑热闹!别忘了,站在风口上,我也能飞起来!
一.首先来看下,空间转录组学是什么
空间转录组技术旨在分析基因在组织特定空间位置的表达量。也就是说,当我们拿到一份组织切片样品,两个圈圈,在这个两个区域里的基因表达情况,高高低低的,都能弄明白了呗。
乍一看,这也没什么特别的,不是早前就有原位杂交技术(in-situ hybridization,ISH)可以做到了?
尼氏染色
(https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2376-15.2015)
没错,免疫组化(immunohistochemistry, IHC)和ISH早就用来研究切片组织的DNA、RNA丰度和蛋白表达的空间特征了,但是这些技术的通量都太小了,不能满足研究的需要。人体内大概有3万个基因,普通的二代测序一般是测1万个基因左右,而IHC和ISH的通量通常是个位数。
二. 那这个技术是通过什么途径实现高通量的呢?
空间转录组的技术路线主要有两种: 基于二代测序或者成像。
(doi:10.1038/nmeth.2563)
1. 基于二代测序的技术(在测序之前加上空间位置信息)
将切片组织与载有空间条形码的微阵列共同孵育,用poly-T将组织里的mRNA捕获,然后再去建库、测序。
空间条形码的结构以及编号
可通过算法分析将不同位置、但具有类似基因表达情况的取样点进行分类
(doi: 10.1126/science.aaf2403)
2. 基于成像的方法
2.1. 原位测序(in-situ sequencing, ISS)
在切片组织上直接逆转录得到cDNA,通过滚环扩增(rolling circle amplification)的方式得到大量产物,然后再进行连接酶测序(sequencing by ligation)。
(doi:10.1038/nmeth.2563)
2.2. 荧光原位杂交(in situ hybridization, ISH)
荧光探针直接与组织中的mRNA结合,然后通过多次成像读取结果。
提高通量的探针设计方式
(doi: 10.1126/science.aaa6090)