Séquençage d'ARN à cellule unique : Introduction, Méthodes et Applications

Introduction au séquençage d'ARN à cellule unique

Le séquençage de cellules uniques utilise une technologie de séquençage de nouvelle génération (NGS) optimisée pour vérifier les informations de séquence d'une seule cellule. Il offre une résolution plus élevée des différences entre les cellules et une meilleure compréhension des fonctions des cellules individuelles dans le microenvironnement. Le séquençage de l'ARN exprimé par une seule cellule peut fournir des informations sur l'existence et le comportement des différents types de cellules. La population de la même espèce semble être clonée génétiquement, mais le séquençage d'ARN de cellules uniques ou le séquençage épigénétique de cellules uniques peuvent révéler la variabilité entre les cellules, ce qui peut aider la population à s'adapter rapidement à l'environnement changeant.

Les progrès et les plateformes du séquençage d'ARN à cellule unique

En 2009, la méthode de séquençage d'ARN à cellule unique (scRNA-seq) a été développée avec l'avènement de l'accessibilité croissante des méthodes de séquençage. Le séquençage d'ARN en vrac masque généralement l'unicité et ne parvient pas à montrer les changements latents dans les cellules. En réponse à cela, le scRNA-seq a émergé pour révéler cette unicité, nous permettant de voir la biologie des cellules avec une résolution plus fine et des détails définis. Depuis son inception, le scRNA-seq a été appliqué pour montrer la dynamique des processus de développement, élucider de nouveaux types cellulaires, identifier l'expression génique allélique aléatoire et déterminer les mécanismes de régulation génique. Les plateformes commerciales incluent le Fluidigm C1, le Wafergen ICELL8 et le 10X Genomics Chromium.

Figure 1. Isolement de cellules uniques et préparation de la bibliothèque. (Hwang, 2018)

Méthodes de séquençage d'ARN à cellule unique

Plusieurs méthodes, basées sur des séquences d'ARNc à cellule unique (scRNA-seq), ont été publiées, chacune offrant ses propres avantages et applications. En général, le scRNA-seq comprend quatre étapes : (a) l'isolement et la lyse de cellules uniques ou de noyaux uniques à partir de la matrice extracellulaire et de l'adhésion intercellulaire, (b) la transcription inverse qui utilise généralement un amorçage oligodT pour la sélection des ARNm polyadénylés et des lncARN, (c) l'amplification de l'ADNc utilisant les méthodes SMART-seq et STRT, et (d) la préparation de la séquence de la bibliothèque qui est généralement réalisée à l'aide d'une fragmentation basée sur la transposase Tn5.

La méthode de séquençage d'ARN à cellule unique peut être appliquée à divers domaines de recherche. Dans le développement des organes, des tissus apparemment identiques sur le plan histologique finiront par se différencier dans diverses directions, formant des types cellulaires spécifiques avec des fonctions uniques. Grâce au scRNA-seq, la compréhension des programmes d'expression génique uniques qui régissent la différenciation et les décisions de lignée dans les cellules améliorerait notre compréhension du développement précoce des organes. Dans le cancer, le scRNA-seq nous permet de disséquer les multiples propriétés des types cellulaires au sein et autour d'une tumeur. Une analyse détaillée de l'hétérogénéité cellulaire au sein des tumeurs primaires et métastatiques a suggéré le traitement le plus approprié pour des types de cancer cellulaire spécifiques. Lorsque le scRNA-seq est associé à l'enregistrement électrophysiologique par patch-clamp de cellules entières, donnant naissance au Patch-seq, les propriétés anatomiques, morphologiques et fonctionnelles pourraient être liées à l'expression génique.

Défis et applications

Les défis de la scRNA-seq impliquent de travailler avec une quantité limitée de matériel (c'est-à-dire d'ARNm) ; par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des méthodes d'amplification qui ne sont pas toujours linéaires, comme celles présentant des biais et des erreurs. L'incorporation de codes-barres moléculaires à la technique de scRNA-seq aide à surmonter ce problème. La capture de cellules uniques, l'existence de bruit biologique et l'analyse des données demeurent des obstacles pour la technologie scRNA-seq.

Malgré les défis restants, l'avenir de la technologie scRNA-seq reste prometteur. Elle joue un rôle dans la transcriptomique spatiale où le transcriptome peut être analysé dans des sections de tissu intactes montées sur des lames, sans avoir besoin d'isoler les cellules de la matrice extracellulaire. Avec l'aide de la microscopie par capture laser/disséction, le transcriptome peut être analysé et représenter le scénario in vivo à un degré plus élevé que d'autres méthodes nécessitant une dissociation. De plus, le scRNA-seq permet l'identification de biomarqueurs et de cibles médicamenteuses, ce qui développe davantage la médecine de précision et l'achèvement de l'atlas cellulaire humain. Enfin, le profilage combiné du génome, du transcriptome et de l'épigénome à partir d'une seule cellule a donné naissance à des méthodes telles que "DRseq", "scTrio-seq" et "scM&T-seq".

Références :

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