Einzelzell-RNA-Sequenzierung ermöglicht Tumorforschung

Die Einzelzell-RNA-Sequenzierungstechnologie (scRNA-seq) hat unser Verständnis der zellulären Heterogenität revolutioniert, indem sie umfassende Transkriptominformationen auf Einzelzellebene bereitstellt, die in vielen Bereichen weit verbreitet sind. Mit der Entwicklung der Sequenzierungstechnologie, der Zelltrennung und der Technologie zur Amplifikation des gesamten Genoms entsteht allmählich die Einzelzellsequenzierungstechnologie zur Sequenzierung von Genomen auf Einzelzellebene. Einerseits löst sie das Problem, dass Mikromuster nicht nachgewiesen werden können, und andererseits analysiert sie besser die Heterogenität genetischer Variationen zwischen verschiedenen Zellen.

Der Einzelzell-Sequenzierungsprozess umfasst: Isolation und Vorbereitung einzelner Zellen, Extraktion und Amplifikation von genetischem Material sowie Hochdurchsatz-Sequenzierung von genetischem Material. Mit dem Einzug in die Ära der Präzisionstherapie wurde es auf eine Reihe von biomedizinischen Forschungen und klinischen Studien angewendet, wie z.B. Tumorerkennung, embryonale Entwicklung, Immunzelltherapie und Stammzell-Differenzierung, und wird zunehmend zum Schwerpunkt der Lebenswissenschaftsforschung.

Einzelzellanalysen zeigen die suppressive Tumormikroumgebung von menschlichem kolorektalem Krebs.

scRNA-seq wurde in den letzten Jahren umfassend genutzt, um die zelluläre Heterogenität in fast allen Krebsarten zu untersuchen, wobei erhebliche Fortschritte in den verfügbaren experimentellen Techniken und bioinformatischen Pipelines erzielt wurden. Die Tumormikroumgebung (TME) beeinflusst sowohl den Tumorfortschritt als auch die Reaktion auf Immuntherapien. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) bietet eine beispiellose detaillierte Charakterisierung der Transkriptome der Zellvielfalt und -heterogenität und ermöglicht somit eine umfassende Bewertung der Komplexität der Tumormikroumgebung. Forscher generierten 34.037 Einzelzelltranskriptome und ein Chromatinzugänglichkeitslandschaft von 6525 Einzelzellen durch Probenahme von 12 CRC-Patienten. Mit Hilfe von Einzelzell-ATAC-seq und der Profilierung der epigenetischen Landschaft sowie der Ableitung von Transkriptionsfaktormotiven wurden die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weiter untersucht. Diese Studie bietet eine wertvolle Ressource für die weitere Untersuchung des Einflusses von Immunzellen und der translationale Forschung für den menschlichen kolorektalen Krebs. Am wichtigsten ist, dass sie zeigt, dass Immunzellen und nicht-immunologische Zellen zusammen die komplexen Komponenten der Tumormikroumgebung von CRC bilden, was wertvolle Referenzdaten für die Behandlung des menschlichen kolorektalen Krebses als neues Ziel der Immuntherapie liefert.

Einzelzell-RNA-Sequenzierungsprofile des menschlichen CRC

scRNA-seq zur Analyse des malignen Phänotyps und der Entwicklungstrajektorie

Kindheitsmalignome entstehen wahrscheinlich aus Vorläuferzellen während der embryonalen oder frühen postnatalen Entwicklung. Neuroblastom (NB) ist der am häufigsten bestätigte extrakraniell auftretende solide Tumor im Kindesalter. Neueste Fortschritte in der Einzelzellforschung haben die Zusammenhänge zwischen der Tumorentstehung mehrerer pädiatrischer Krebserkrankungen und der abnormalen Entwicklung relevanter fetaler Zellen verstärkt.

Derzeit fehlt es an der Erkennung der phänotypischen Vielfalt von Neuroblastomen (NB) auf Einzelzellebene. Eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) wurde an frühen menschlichen Embryonen, fetalen Nebennieren und primären adrenalem NB-Tumoren durchgeführt, um die Phänotypen der NB-Tumorzellen zu klären, indem sie mit ihren vermeintlichen Entwicklungsursprüngen in Beziehung gesetzt wurden. Die Mehrheit der adrenal NB-Tumorzellen ist transkriptionell ähnlich wie noradrenerge Chromaffinzellen. Maligne Zustände ahmen auch den Proliferations-/Differenzierungsstatus der Chromaffinzellen während der normalen Entwicklung nach. Zum ersten Mal wird die Einzelzellkarte des Neuroblastoms bei Kindern mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung analysiert, was eine neue Perspektive bietet, um das Verständnis der Pathogenese des Neuroblastoms zu vertiefen.

Einzelzell-Transkriptom-Profilierung von frühen menschlichen Embryonen und fetalen Nebennieren.

Die Einzelzell-Sequenzierungstechnologie ist universell, umfassend und mehrstufig, und alle einzelnen eukaryotischen Zellen können mit dieser Technologie untersucht werden. Das heißt, sie kann verwendet werden, um fast jede bekannte Art zu studieren. Darüber hinaus kann die Einzelzell-Sequenzierung nicht nur das Genexpressionsniveau genauer messen, sondern auch eine geringe Menge an Genexpression oder seltene nicht-kodierende RNA nachweisen. Mit dem Eintritt in das Zeitalter der präzisen Therapie wird die zukünftige Einzelzelltechnologie die wissenschaftliche Forschung und klinische Anwendung der Menschheit unterstützen, insbesondere in den Bereichen Tumor, Mikrobiologie, Neurowissenschaften, Immunologie und so weiter. Wir sind fest davon überzeugt, dass die Einzelzell-Sequenzierungstechnologie die Präzisionsmedizin in einen breiteren Raum fördern wird, und mehr Patienten werden in der Lage sein, spezifische und effiziente Therapien zu genießen, die erschwinglich sind und die Behandlungseffizienz sowie die Erfahrung des Behandlungsprozesses verbessern. Auf der Bühne der menschlichen Gesundheit wird sie strahlender sein.

Referenzen:

1. Dong R, Yang R, Zhan Y, u. a.Einzelzellcharakterisierung maligner Phänotypen und Entwicklungstrajektorien des adrenal Neuroblastoms. Krebszelle2020;38(5):716-733.e6.
2. Mei Y, Xiao W, Hu H, u. a.Einzelzellanalysen zeigen die suppressive Tumormikroumgebung von humanem kolorektalem Krebs. Klinische Translationalmedizin. 2021; 11(6): e422.