深圳子科生物報道：結(jié)直腸癌是胃腸道中常見的惡性腫瘤。基因組不穩(wěn)定性、表觀遺傳異常以及基因表達失調(diào)是結(jié)直腸癌的典型分子特征。以往的單細(xì)胞研究只能分別檢測基因組、甲基化組或轉(zhuǎn)錄組，而不能以單細(xì)胞分辨率同時開展多組學(xué)研究。

為了更好地了解結(jié)直腸癌的發(fā)展，北京大學(xué)的研究團隊開發(fā)出一種單細(xì)胞測序方法，不僅能夠分析單細(xì)胞的基因表達，還能夠分析拷貝數(shù)變異和表觀遺傳異常。這有助于了解腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性，以及腫瘤轉(zhuǎn)移的機制，為轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的治療提供了新的理論依據(jù)。

這項題為“Single-cell multiomics sequencing and analyses of human colorectal cancer”的文章于11月30日發(fā)表在《Science》雜志上。北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心的湯富酬教授、北京大學(xué)第三醫(yī)院的喬杰教授、付衛(wèi)教授為共同通訊作者。

2016年，湯富酬教授及其合作者曾在《Cell Research》上發(fā)表論文，介紹一種單細(xì)胞三重組學(xué)測序技術(shù)scTrio-seq。這是首個對單細(xì)胞的基因表達、拷貝數(shù)改變以及DNA甲基化進行同時分析的技術(shù)。

在此次新研究中，研究人員采用了一種稱為scTrio-seq2的新方法。這種方法將單細(xì)胞亞硫酸氫鹽測序與全基因組甲基化分析相結(jié)合，并提高了檢測效率。此外，他們大大提高了分析的細(xì)胞數(shù)量，從之前的25個提高到現(xiàn)在的1,900個。

研究人員將這種方法應(yīng)用在12名結(jié)直腸癌患者身上，其中10名患者有原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤的匹配數(shù)據(jù)，這使得他們能夠鑒定出每位患者的克隆突變形成的遺傳譜系，并將基因表達、拷貝數(shù)和甲基化數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。

他們對10名患者的原發(fā)位和轉(zhuǎn)移位腫瘤進行多點采樣，這讓他們能夠追蹤腫瘤轉(zhuǎn)移的過程。此外，腫瘤內(nèi)多個部位的采樣讓他們能夠鑒定瘤內(nèi)異質(zhì)性。

研究人員利用拷貝數(shù)信息和甲基化數(shù)據(jù)來鑒定患者原發(fā)性腫瘤內(nèi)的遺傳譜系，并追蹤腫瘤轉(zhuǎn)移過程中的進化。例如，他們從一名患者的原發(fā)性腫瘤中鑒定出12個亞譜系。單細(xì)胞數(shù)據(jù)表明，原發(fā)性腫瘤往往比轉(zhuǎn)移性腫瘤更復(fù)雜。

再來看甲基化數(shù)據(jù)。研究人員發(fā)現(xiàn)盡管同一遺傳亞譜系內(nèi)的細(xì)胞甲基化是一致的，但各個譜系的甲基化水平不同，并且與鄰近的正常細(xì)胞也不同。在癌細(xì)胞中，他們發(fā)現(xiàn)DNA低甲基化主要集中在長末端重復(fù)序列，長散在重復(fù)序列和異染色質(zhì)區(qū)域，而DNA高甲基化集中在CpG島和開放染色質(zhì)。

當(dāng)研究人員觀察甲基化狀態(tài)與染色體改變之間的關(guān)系時，他們發(fā)現(xiàn)有六條染色體往往顯示出比其他染色體更高的去甲基化水平，并且8號、13號、和18號染色體也具有高頻的拷貝數(shù)變異。

“這種單細(xì)胞多組學(xué)測序為了解結(jié)直腸癌發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中的分子改變提供了見解和資源，”作者在文中寫道。

原文檢索

Single-cell multiomics sequencing and analyses of human colorectal cancer

Science  30 Nov 2018:
Vol. 362, Issue 6418, pp. 1060-1063
DOI: 10.1126/science.aao3791