Northwestern Medicine-utredare under ledning av Ruli Gao, Ph.D., biträdande professor i biokemi och molekylär genetik, har utvecklat ett nytt genetiskt sekvenseringsverktyg som påskyndar sekvenseringsanalys av samma-cells genotyper och fenotyper i tumörer, som beskrivs i en studie publicerad i Nature Communications .
Enkelcellig nanopore RNA-sekvensering är en nyare typ av genetisk sekvensering som driver fram nuvarande högkapacitets encellig RNA-sekvenseringsteknik från nästa generations sekvensering (NGS), som bara kan sekvensera korta strängar av RNA, till långlästa tredje- generationssekvensering (TGS), som direkt kan mäta hela längden av RNA.
Den avancerade tekniken är dock också känd för att producera höga sekvenseringsfel och förlitar sig också antingen på kortläsningssekvensering – generering av matchade NGS-data för att vägleda identifieringen av cellulär data – eller på att använda en vitlista för streckkoder för att dela upp data i sanna celler och enstaka celler. molekyler.
"Denna teknik förlitar sig på cellstreckkoder och streckkoder för enstaka molekyler, vad vi kallar unika molekylidentifierare, för att uppnå hög genomströmning, så att du ser utmaningarna på grund av högre sekvenseringsfel i streckkodssekvenser. För närvarande tillgängliga metoder beror på nästa generations data eller beror på en teoretisk vitlista för att känna igen vilka som är sanna cellstreckkoder och unika molekylidentifierare", säger Gao, som också är medlem i Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University.
För att förbättra denna process utvecklade Gaos team scNanoGPS (encellig Nanopore-sekvensanalys av genotyper och fenotyper samtidigt), ett nytt sekvenseringsverktyg som utför helt oberoende dekonvolution av felbenägna långläsningar till enstaka celler och enstaka molekyler.
"För att ytterligare underlätta tillämpningen av ny teknologi inom genomikforskning, konstruerar scNanoGPS ytterligare funktionella moduler för att beräkna både genotyper (mutationer) och fenotyper (gen- och isoformuttryck) i individuella celler från encellig nanopore RNA-sekvenseringsdata med hög genomströmning", säger Cheng-Kai Shiau, Ph.D., en postdoktor vid Gao-laboratoriet och medförfattare till studien.
scNanoGPS ökar sekvenseringsgenomströmningen från hundratals till tusentals celler, vilket är jämförbart med nuvarande allmänt tillämpade kortläsningsbaserade encelliga RNA-sekvenseringstekniker, och uttrycksprofilerna mellan kortlästa och långlästa data är mycket överensstämmande, enligt Gao.
"På grund av täckning av hela genkroppen möjliggör långlästa data beräkningar av splitsningsisoformer och genetiska förändringar som till stor del missas av kortläst encellig RNA-sekvensering," sa Gao.
För att validera sitt verktyg använde Gaos team scNanoGPS för att sekvensera njurtumörceller och lymfocyter, och fann att cellerna uttrycker celltypsspecifika kombinationer av isoformer och genetiska mutationer.
"Vi hittade celltypsspecifika isoformer inklusive både tumörcellspecifika isoformer och immuncellspecifika isoformer, och visade även celltypsspecifika mutationsprofiler inom samma tumörer", säger Lina Lu, Ph.D., en postdoktor i Gao-laboratoriet och medförfattare till studien.
"Det är känt att alternativa splitsningsisoformer är en kritisk post-transkriptionsmekanism för att öka proteinkomplexiteten i mänskliga celler. Vi är glada att notera att scNanoGPS möjliggör direkt mätning av splitsningsisoformer på encellsnivåer," sa Gao.
När det gäller framtida tillämpningar hoppas Gao att scNanoGPS kan användas för att identifiera celltypspecifika isoformer som bidrar till olika mänskliga sjukdomar som cancer, hjärtsvikt och till och med avstötning av organtransplantationer.
"Nya teknologier gör datagenerering relativt enklare, men forskare kan inte använda nya datatyper effektivt utan ett robust beräkningsverktyg. scNanoGPS fyller ett gap mellan teknologierna och applikationerna. Vi hoppas kunna göra den kraftfulla långlästa encellssekvenseringstekniken tillgänglig och tillgänglig till alla allmänna labb," sa Gao.
Mer information: Cheng-Kai Shiau et al, Långlästa sekvenseringsanalyser med hög genomströmning av singelceller av samma cells genotyper och fenotyper i mänskliga tumörer, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39813-7
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Northwestern University
