Les chercheurs de Northwestern Medicine dirigés par Ruli Gao, Ph.D., professeur adjoint de biochimie et de génétique moléculaire, ont développé un nouvel outil de séquençage génétique qui accélère l'analyse du séquençage des génotypes et phénotypes de même cellule dans les tumeurs, comme détaillé dans une étude publiée dans Communications naturelles .
Le séquençage de l'ARN nanopore unicellulaire est un type plus récent de séquençage génétique qui fait progresser les techniques actuelles de séquençage de l'ARN unicellulaire à haut débit, du séquençage de nouvelle génération (NGS), qui ne peut séquencer que des brins courts d'ARN, au troisième type de lecture longue. le séquençage générationnel (TGS), qui peut mesurer directement la longueur totale des ARN.
Cependant, cette technique avancée est également connue pour produire des erreurs de séquençage élevées et repose également soit sur un séquençage à lectures courtes (générant des données NGS correspondantes pour guider l'identification des données cellulaires), soit sur l'utilisation d'une liste blanche de codes-barres pour diviser les données en cellules réelles et en cellules uniques. molécules.
"Cette technique s'appuie sur des codes-barres cellulaires et des codes-barres à molécule unique, ce que nous appelons des identifiants de molécules uniques, pour atteindre un débit élevé. Vous voyez donc les défis dus à des erreurs de séquençage plus élevées dans les séquences de codes-barres. Les méthodes actuellement disponibles dépendent des données de nouvelle génération ou dépendent de une liste blanche théorique pour reconnaître quels sont les véritables codes-barres des cellules et les identifiants uniques des molécules", a déclaré Gao, qui est également membre du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de l'Université Northwestern.
Pour améliorer ce processus, l'équipe de Gao a développé scNanoGPS (analyse de séquençage nanopore unicellulaire des génotypes et phénotypes simultanément), un nouvel outil de séquençage qui effectue une déconvolution complètement indépendante des lectures longues sujettes aux erreurs en cellules et molécules uniques.
"Pour faciliter davantage les applications de nouvelles technologies dans la recherche en génomique, scNanoGPS construit des modules fonctionnels supplémentaires pour calculer à la fois les génotypes (mutations) et les phénotypes (expressions de gènes et d'isoformes) dans des cellules individuelles à partir de données de séquençage d'ARN nanopores unicellulaires à haut débit", a déclaré Cheng-Kai Shiau, Ph.D., chercheur postdoctoral au laboratoire de Gao et co-premier auteur de l'étude.
scNanoGPS augmente le débit de séquençage de centaines à des milliers de cellules, ce qui est comparable aux techniques actuelles de séquençage d'ARN unicellulaire basées sur des lectures courtes largement appliquées, et les profils d'expression entre les données à lecture courte et à lecture longue sont hautement concordantes, selon Gao.
"En raison de la couverture du corps entier des gènes, les données à lecture longue permettent de calculer les isoformes d'épissage et les altérations génétiques qui sont largement manquées par le séquençage d'ARN unicellulaire à lecture courte", a déclaré Gao.
Pour valider leur outil, l'équipe de Gao a utilisé scNanoGPS pour séquencer les cellules tumorales rénales et les lymphocytes, découvrant que les cellules expriment des combinaisons spécifiques d'isoformes et de mutations génétiques par type cellulaire.
"Nous avons trouvé des isoformes spécifiques d'un type cellulaire, notamment des isoformes spécifiques des cellules tumorales et des isoformes spécifiques des cellules immunitaires, et avons également démontré des profils de mutation spécifiques d'un type cellulaire au sein des mêmes tumeurs", a déclaré Lina Lu, Ph.D., boursière postdoctorale au Laboratoire Gao et co-premier auteur de l'étude.
"On sait que les isoformes d'épissage alternatives constituent un mécanisme post-transcription essentiel pour augmenter la complexité des protéines dans les cellules humaines. Nous sommes ravis de constater que scNanoGPS permet la mesure directe des isoformes d'épissage au niveau d'une seule cellule", a déclaré Gao.
En ce qui concerne les applications futures, Gao espère que le scNanoGPS pourra être utilisé pour identifier des isoformes spécifiques à un type de cellule qui contribuent à diverses maladies humaines telles que le cancer, l'insuffisance cardiaque et même le rejet d'une transplantation d'organe.
"Les nouvelles technologies rendent la génération de données relativement plus facile, mais les chercheurs ne peuvent pas utiliser efficacement de nouveaux types de données sans un outil informatique robuste. scNanoGPS comble un fossé entre les technologies et les applications. Nous espérons rendre disponible et accessible la puissante technologie de séquençage de cellules uniques à lecture longue. à tous les laboratoires généraux", a déclaré Gao.
Plus d'informations : Cheng-Kai Shiau et al, Analyses de séquençage à lecture longue de cellules uniques à haut débit de génotypes et phénotypes de mêmes cellules dans les tumeurs humaines, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-39813-7
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université Northwestern
