陳興、黃巖誼課題組與合作者報道空間分辨的單細胞測序新方法
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單細胞轉錄組測序目前已成為生物學研究中的核心技術手段，其能夠幫助研究人員獲得組織樣品中單細胞水平的基因表達信息。然而，傳統(tǒng)的單細胞測序流程需要先將組織消化為單細胞懸液，這一過程會造成細胞空間位置信息的丟失。已有的空間分辨單細胞轉錄組原位測序技術往往受限于低空間分辨率、低通量和高背景等問題。
近日，北京大學化學與分子工程學院陳興課題組、黃巖誼課題組與北京大學第一醫(yī)院楊莉課題組合作開發(fā)了一種全新的空間分辨單細胞測序技術（OpTAG-seq）。該方法利用光激活的亞甲基苯醌探針對特定位置的細胞進行熒光標記，隨后將被標記的細胞進行分離和單細胞二代建庫測序，在獲得高質量單細胞測序數(shù)據(jù)的同時保留了細胞的空間位置信息。
為了實現(xiàn)高空間分辨率的細胞標記，作者設計并合成了光激活探針ONPF，并基于其開發(fā)了光控細胞標記策略OpTAG。在紫外光照射下，ONPF轉化生成具有極強反應活性的亞甲基苯醌中間體。在活細胞表面，該中間體能快速地與細胞膜上的蛋白質等親核試劑進行共價連接。作者在探針上引入生物素報告基團，并利用熒光修飾的鏈霉親和素對標記進行表征。作者證明這一探針能夠在活細胞表面實現(xiàn)很高空間分辨率的標記。通過多輪標記和顏色組合，OpTAG最多可以在一份樣品中同時實現(xiàn)7個位置的標記，且標記的空間分辨率可以達到單細胞水平。
作者隨后將OpTAG標記，流式分選與單細胞測序結合，發(fā)展了一種新的空間分辨單細胞測序技術OpTAG-seq。作者利用OpTAG-seq探究了癌癥遷移過程的基因表達調控。在體外構建的癌細胞遷移模型中，作者分別對外部具有高遷移活性和內部的癌細胞進行OpTAG-seq分析。結果顯示，這兩部分細胞在降維分析中具有明顯的分界，說明其基因表達具有較大差異。作者鑒定到許多在高遷移活性細胞中上調或下調的基因。其中，上調的這些基因顯著地富集在細胞遷移和細胞運動等功能條目中。作者對其中兩個靶標進行了免疫熒光驗證，發(fā)現(xiàn)KRT17顯著地在外部細胞高表達，而MUC16則在內部細胞高表達，與測序結果高度一致。此外，作者還成功利用OpTAG在小鼠腎臟切片中對不同區(qū)域進行高效熒光標記，證明這一方法在組織層面也具有廣闊的應用前景。以上結果說明OpTAG-seq能夠有效地實現(xiàn)空間分辨單細胞轉錄組測序，為研究細胞和組織中基因表達的時空調控提供了有力的化學工具。
該工作近日以“Optical Cell Tagging for Spatially Resolved Single-Cell RNA Sequencing”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition。博士生唐麒和劉璐為文章共同第一作者。郭怡蘭、張旭、張紹然、賈燕博士、杜逸飛博士、成波博士等為該工作做出了重要貢獻。陳興教授、黃巖誼教授和楊莉教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委、科技部、北京分子科學國家研究中心以及北大-清華生命科學聯(lián)合中心的資助。
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原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202113929
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