單細胞轉(zhuǎn)錄組可以反映樣本的異型性，近年來單細胞技術助力很多領域的新發(fā)現(xiàn)。隨著單細胞技術的廣泛應用，科學家們不甘于只研究樣本異質(zhì)性，更想在空間層面發(fā)現(xiàn)新視角。
空間轉(zhuǎn)錄組學將總mRNA的空間信息與形態(tài)學內(nèi)容相結(jié)合，可以同時提供轉(zhuǎn)錄組信息和位置信息，近年來，更是頻頻登上頂級期刊，被評為2020年年度技術。
空間轉(zhuǎn)錄組有很多解決方案，今天給大家介紹10X genomics的空間基因表達解決方案（Visium Spatial Gene Expression Solution）。
1. 原理
樣本準備，并進行HE染色及拍照。
10X的每個玻片上有4個捕獲區(qū)，每個捕獲區(qū)中有5000個spot，每個spot中有不同的barcode。
將組織切片放在捕獲區(qū)，捕獲攜帶有空間信息及標簽的核苷酸序列。
組織透化，RNA捕獲及cDNA合成，建庫測序，然后進行數(shù)據(jù)分析，就可以得到樣本內(nèi)基因的空間信息。
2. 應用
目前空間轉(zhuǎn)錄組已經(jīng)應用在癌癥研究，神經(jīng)科學，發(fā)育生物學，細胞圖譜，免疫，農(nóng)業(yè)基因組學，遺傳健康，腫瘤免疫學和傳染病等領域，我們給大家分享幾篇頂級文章。
文獻 1：Spatiotemporal analysis of human intestinal development atsingle-cell resolution
- 研究方向：發(fā)育生物學
- 發(fā)表期刊：Cell
- 影響因子：38.637
- 發(fā)表時間：2021.01
- 樣本類型：胎兒和成人的腸道樣本，共8個切片；
12 PCW，n=5； 19 PCW，n=1；成人，n=2- 應用技術：scRNA-seq+ST
- 主要研究內(nèi)容：人類腸道的形態(tài)發(fā)生過程。利用單細胞RNA測序和空間轉(zhuǎn)錄組，繪制人體腸道形態(tài)發(fā)生的時間和空間的轉(zhuǎn)錄圖譜。
文獻 2：A Spatiotemporal Organ-Wide Gene Expression and Cell Atlas of theDeveloping Human Heart
- 研究方向：發(fā)育生物學
- 發(fā)表期刊：Cell
- 影響因子：38.637
- 發(fā)表時間：2019.12
- 樣本類型：3個胚胎心臟樣本，4.5~5 PCW，n=1； 6.5 PCW，n=1；9 PCW ，n=1；
- 應用技術：ST+scRNA-seq+ISS
- 主要研究內(nèi)容：人類心臟發(fā)育的空間基因表達和細胞圖譜。人類心臟發(fā)育的空間基因表達和細胞圖譜單細胞測序技術揭示胚胎心臟在三個發(fā)育階段細胞類型的景觀圖，利用空間轉(zhuǎn)錄組學揭示每個發(fā)育階段的不同解剖區(qū)域的基因特征，使用原位測序來完善這些結(jié)果，并為三個發(fā)育階段創(chuàng)建一個空間亞細胞圖。最后作者生成了一個可公開使用的人類心臟發(fā)展網(wǎng)絡資源，以促進未來對人類心臟起源的研究。
- 文獻3：Multimodal Analysis of Composition and Spatial Architecture in HumanSquamous Cell Carcinoma
- 研究方向：腫瘤（皮膚鱗狀細胞癌cSCC）
- 發(fā)表期刊：Cell
- 影響因子：38.637
- 發(fā)表時間：2020.07
- 樣本類型：6例cSCC患者12個切片
- 應用技術：scRNA-seq+ST+MIBI
- 主要研究內(nèi)容：人皮膚鱗狀細胞癌組成和空間結(jié)構(gòu)分析。單細胞轉(zhuǎn)錄組測序研究皮膚鱗狀細胞癌（cSCC）有四個腫瘤細胞亞群，三個涵蓋正常表皮狀態(tài)的亞群，一個腫瘤特異性角質(zhì)形成細胞亞群（TSK）。利用空間轉(zhuǎn)錄組得到TSK亞群的空間信息。發(fā)現(xiàn)cSCC腫瘤邊緣具有高度的異質(zhì)性，揭示TSK是細胞間通訊的樞紐。
- 文獻 4：Integrating microarray-based spatial transcriptomics andsingle-cell RNA-seq reveals tissue architecture in pancreatic ductaladenocarcinomas
- 研究方向：腫瘤（胰腺導管癌PDAC）
- 發(fā)表期刊：NatureBiotechnology
- 影響因子：36.553
- 發(fā)表時間：2020.01
- 樣本類型：來自6個患者的PDAC樣本，共10張切片
- 應用技術：scRNA-seq+ST+MIA
- 主要研究內(nèi)容：胰腺導管腺癌的組織結(jié)構(gòu)。單細胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組研究胰腺導管腺癌組織樣本細胞亞群，通過MIA分析整合發(fā)現(xiàn)特定組織區(qū)域會富集特定的細胞類型，闡明了腫瘤細胞與特定細胞類型（炎癥成纖維細胞）之間的互作關系，發(fā)現(xiàn)了腫瘤微環(huán)境的特點。
- 文獻5：Spatial Transcriptomics and In Situ Sequencing to Study Alzheimer’sDisease
- 研究方向：神經(jīng)科學（阿爾茲海默癥）
- 發(fā)表期刊：Cell
- 影響因子：38.637
- 發(fā)表時間：2020.07
- 樣本類型：3月齡，6月齡，12月齡，18月齡的AD模型和正常小鼠腦組織各1個切片
- 應用技術：ST+ISS
- 主要研究內(nèi)容：阿爾茲海默癥小鼠中組織域的轉(zhuǎn)錄變化。利用空間轉(zhuǎn)錄組和原位測序研究阿爾茲海默癥小鼠模型中小腦淀粉樣斑周圍組織的細胞變化和轉(zhuǎn)錄變化，構(gòu)建AD中的多基因調(diào)控網(wǎng)絡。
- 文獻6：Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophiclateral sclerosis
- 研究方向：神經(jīng)科學（肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥ALS）
- 發(fā)表期刊：Science
- 影響因子：41.037
- 發(fā)表時間：2019.04
- 樣本類型：67只不同時期小鼠腰椎脊髓組織切片1165個；
7名ALS患者死后腰椎和頸椎脊髓的組織切片80個- 應用技術：ST
- 主要研究內(nèi)容：肌萎縮性側(cè)索硬化癥分子病理學的時空動力學研究。使用空間轉(zhuǎn)錄組學獲得疾病過程中小鼠脊髓的基因表達量，以及肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥患者死后組織的基因表達量，描述了肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥的潛在分子機制。
- 文獻7：Exuberant fibroblast activity compromises lung function viaADAMTS4
- 研究方向：病理學（甲流）
- 發(fā)表期刊：Nature
- 影響因子：42.778
- 發(fā)表時間：2020.10
- 樣本類型：甲型流感病毒感染10天后的4只小鼠肺切片
- 應用技術：scRNA-seq+ST
- 主要研究內(nèi)容：成纖維細胞與肺部功能損害。通過單細胞轉(zhuǎn)錄組測序找到甲流感染后的重要基因，鎖定關鍵因子ADAMTS4，用空間轉(zhuǎn)錄組研究成纖維細胞在解剖學結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)ADAMTS4的特殊表達，影響肺部微環(huán)境。
參考文章
Fawkner-Corbett D, et al. Spatiotemporalanalysis of human intestinal development at single-cell resolution. Cell. 2021Jan 5.
Asp M, et al. A SpatiotemporalOrgan-Wide Gene Expression and Cell Atlas of the Developing Human Heart. Cell.2019 Dec 12.
Ji AL, et al. Multimodal Analysis ofComposition and Spatial Architecture in Human Squamous Cell Carcinoma. Cell.2020 Sep 17;182(6):1661-1662. doi: 10.1016/j.cell.2020.08.043. Erratum for:Cell. 2020 Jul 23.
Moncada R, et al. Integratingmicroarray-based spatial transcriptomics and single-cell RNA-seq reveals tissuearchitecture in pancreatic ductal adenocarcinomas. Nat Biotechnol. 2020 Mar.
Chen WT, et al. Spatial Transcriptomicsand In Situ Sequencing to Study Alzheimer's Disease. Cell. 2020 Aug 20.
Maniatis S, et al. Spatiotemporaldynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Science. 2019Apr 5.
Boyd DF, et al. Exuberantfibroblast activity compromises lung function via ADAMTS4. Nature. 2020 Nov.
