单细胞多样本测序实现策略-Cell Hashing

文摘   2024-12-18 08:34   美国  
单细胞测序(scRNA-seq)可以高分辨率地解析不同细胞类型的基因表达。然而,当需要对多个样本进行同时分析时,逐一处理每个样本会显著增加成本和时间。此外,单样本实验也可能无法充分利用测序通量。为了实现高效的多样本测序,研究人员开发了细胞标签(Cell Hashing)技术。

Cell Hashing 

Cell Hashing 是一种通过化学或分子标签对细胞或核酸进行标记的策略,允许多个样本在单次实验中进行混合处理和测序。通过引入特异性标签,可以在测序后根据标签区分样本来源,达到多样本解析的目的。

实现步骤

1. 细胞表面标记(Antibody Hashing)

使用特异性抗体结合到细胞表面标志物。每个样本的抗体都连接有一个独特的DNA条形码。将不同样本的细胞标记后混合到同一个反应中,随后进行单细胞测序。测序时,条形码的序列会随细胞的转录组数据一起被检测到,帮助区分细胞来源。

2. 寡核苷酸标记(Oligonucleotide Hashing)

如果不需要抗体标记,可直接向细胞或核酸中引入合成的条形码寡核苷酸。例如,在分离细胞核后,利用兼容性试剂向不同样本添加独特的条形码。

3. 样本混合与文库构建

经过标记的样本混合在一起,后续按照单细胞测序流程进行文库构建和测序。

4. 数据解析

• 测序后,通过读取每个细胞的条形码,确定细胞来源样本。

• 对细胞表达数据进行分析,结合条形码信息实现样本分组,进行下游的细胞异质性解析。

优势

• 降低成本:多样本混合测序显著减少单样本反应试剂和测序通量浪费。

• 提高效率:同一实验中可以分析多个样本,节省实验时间。

• 灵活性高:可与多种单细胞平台兼容,如10x Genomics 和 Smart-seq。

应用场景

• 疾病研究:例如,研究不同患者肿瘤组织的异质性。

• 对照实验:在一个实验中同时包含对照组和实验组,减少批次效应。

• 时间序列分析:对样本在不同时间点的动态变化进行解析。

最经典的Cell hashing策略:

总的来说,Cell Hashing 是单细胞多样本测序的重要策略,其结合灵活的分子标签和高效的单细胞分析技术,为多样本基因组研究提供了更高效、低成本的解决方案。Cell Hashing主要包含下面几种策略:

(1)Natural genetic variation

  • Demultiplexing scRNA-seq data by genetic variations with reference genotypes

  • Demultiplexing scRNA-seq data by genetic variations without reference genotypes

(2)Nucleotide-barcode anchoring on cellular or nuclear membranes

  • Oligo-tagged antibodies

  • Lipid-tagged indices

  • Concanavalin A (ConA)-based sample barcoding

  • ClickTags

(3)Nucleotide-barcode internalization to the cytoplasm or nucleus

  • Liposomal transfection with short barcoding oligos

  • Staining nuclei with polyadenylated ssDNA oligonucleotides

(4)Vector-based barcode expression in cells

  • Lentiviral barcodes facilitate cell tagging, pooling, and tracking

  • Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) and short-hairpin RNA (shRNA) enable multiplexed single-cell screening

(5)Incorporating nucleotide barcodes during library construction

  • Barcode assembly for targeted sequencing (BART-Seq)

  • Single-cell combinatorial fluidic indexing (scifi)-RNA-seq


参考文献:

Stoeckius, M., Hafemeister, C., Stephenson, W. et al. Simultaneous epitope and transcriptome measurement in single cells. Nat Methods 14, 865–868 (2017). https://doi.org/10.1038/nmeth.4380

Zhang Y, Xu S, Wen Z, Gao J, Li S, Weissman SM, Pan X. Sample-multiplexing approaches for single-cell sequencing. Cell Mol Life Sci. 2022 Aug 5;79(8):466. doi: 10.1007/s00018-022-04482-0. PMID: 35927335; PMCID: PMC11073057.

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