2020-09-30
關(guān)于空間轉(zhuǎn)錄組，通過前面兩次軟文的了解，速看！高分文章的新陣地——空間轉(zhuǎn)錄組，技術(shù)入門來啦！(點(diǎn)擊查看)，和揭秘空間轉(zhuǎn)錄組文章思路（點(diǎn)擊查看），我們已經(jīng)有了一個(gè)大概的框架認(rèn)識，今天我們就從一篇經(jīng)典的science的針對肌萎縮小鼠和病人的脊髓樣本進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組測序的文章來詳細(xì)探討空間轉(zhuǎn)錄組的分析思路。
研究背景
肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）中發(fā)生的癱瘓是由于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元變性導(dǎo)致的骨骼肌神經(jīng)支配失調(diào)。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互作用導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的喪失，但在完整的脊髓組織中驅(qū)動(dòng)這些過程的分子事件的時(shí)空順序仍然知之甚少。本篇文章使用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)來獲得疾病過程中小鼠脊髓以及ALS患者死后組織的基因表達(dá)測量值，以表征ALS中潛在的分子機(jī)制。并確定通路動(dòng)力學(xué)，在早期的時(shí)間點(diǎn)區(qū)分小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞種群之間的區(qū)域差異，辨別ALS和人類死后脊髓的鼠模型之間共享的幾種轉(zhuǎn)錄途徑中的擾動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
分析流程
基本分析一：獲取點(diǎn)陣表達(dá)圖譜
基本分析二：點(diǎn)陣區(qū)域細(xì)分
基本分析三：對目標(biāo)基因的時(shí)空表達(dá)模式分析
分析表明，TREM2和TYROBP介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)是小膠質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)與疾病相關(guān)變化的早期步驟，并揭示了這些變化的時(shí)空順序。
高階分析：單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析
大腦皮質(zhì)是ALS關(guān)鍵基因的表達(dá)部位，因此，此區(qū)域是重點(diǎn)關(guān)注部位。此區(qū)域中有各種不同類型的細(xì)胞，已知膠質(zhì)細(xì)胞與ALS相關(guān)。因此，大腦皮質(zhì)中的膠質(zhì)細(xì)胞，是研究的重點(diǎn)。使用GeneModule分析對單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，找出關(guān)鍵的gene module。分析發(fā)現(xiàn)模塊8所包含的通路活動(dòng)揭示了完整組織中早期膠質(zhì)細(xì)胞激活期間細(xì)胞類型內(nèi)部和細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)，以及在ALS小鼠模型中維持和擴(kuò)展反應(yīng)性表型的機(jī)制。模塊1中的小膠質(zhì)細(xì)胞，星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)程序的時(shí)空相關(guān)性提示晚期ALS動(dòng)物的神經(jīng)膠質(zhì)行為中與軸突病理相關(guān)的信號傳導(dǎo)機(jī)制的協(xié)調(diào)。
通過以上分析我們可以看出，從空間轉(zhuǎn)錄組獲得空間表達(dá)信息后，文章主要是對單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行聯(lián)合分析，獲得關(guān)注的細(xì)胞群或者是關(guān)注區(qū)域的基因模塊的情況，從而與疾病的分子機(jī)制進(jìn)行結(jié)合，完成了從針對某一感興趣的基因，通過其空間表達(dá)模式篩選到其共表達(dá)的基因，研究參與同一生物學(xué)過程的未知基因的生物學(xué)功能，進(jìn)一步揭示感興趣生物學(xué)過程的分子機(jī)制的整體研究。對于文章的分析，還可以進(jìn)一步進(jìn)行思路的拓展：
這樣通過整體的一篇文章的解讀就可以將有用的信息關(guān)聯(lián)到自己的課題中，從而獲得更適合研究目的的設(shè)計(jì)思路。
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文獻(xiàn)索引：
Maniatis S, ?ij? T, Vickovic S, Braine C, Kang K, Mollbrink A, Fagegaltier D, Andrusivová Z, Saarenp?? S, Saiz-Castro G, Cuevas M, Watters A, Lundeberg J, Bonneau R, Phatnani H. (2019) Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis. Science 364: 89-93.
