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編譯：艾奧里亞,，編輯：十九,、江舜堯。 原創(chuàng)微文,，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載,。 Nature Reviews Genetics雜志社Darren J. Burgess于2019年4月12日在Nature Reviews Genetics（IF 43.704）上發(fā)表題目為《Spatial transcriptomics coming of age》的文章。該文章基于已有的轉(zhuǎn)錄組學(xué)在空間層面的研究成果,，總結(jié)了他們的研究方法以及主要研究發(fā)現(xiàn),。基于此,，作者提出：當(dāng)應(yīng)用于各種不同的組織系統(tǒng)時,，空間轉(zhuǎn)錄學(xué)方法有很大的潛力提供詳細的分子視圖，為更好的在單細胞層面上進行轉(zhuǎn)錄本解析研究提供新的思路,。
在分子學(xué)水平上為了對組織進行全面的理解,，空間轉(zhuǎn)錄方法的目的是在保留空間組織背景信息的同時,，描述基因表達譜。兩種相輔相成的新方法使我們朝著在單細胞分辨率下獲得所有轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)的目標(biāo)又邁進了重要一步,。空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法一般分為兩種主要類型，每種類型具有顯著的優(yōu)勢和局限性,。在基于熒光原位雜交（FISH）的方法中,，轉(zhuǎn)錄本直接標(biāo)記在組織切片上，這意味著它們的單細胞（甚至亞細胞）位置可以實現(xiàn)可視化,。然而,，當(dāng)數(shù)百種轉(zhuǎn)錄本同時出現(xiàn)時，細胞內(nèi)的分子聚集在一起會導(dǎo)致熒光信號在空間上出現(xiàn)重疊現(xiàn)象,。相比之下,，基于單細胞RNA測序（scRNA-seq）的方法可以描述整個轉(zhuǎn)錄序列。然而,，由于細胞在scRNA-seq之前被分離,，因此，將轉(zhuǎn)錄序列與其在接近單細胞水平的分辨率上的原始位置聯(lián)系起來一直是一項挑戰(zhàn),。
圖片來源：Mohaimen Wareth / EyeEm / Getty
在Eng等人的研究中,，他們推廣了以前在其實驗室中開發(fā)的序列FISH（SeqFISH）方法，該方法中采用熒光基團標(biāo)記靶標(biāo)轉(zhuǎn)錄本DNA探針組,。由于只有少數(shù)幾種可辨別的熒光基團顏色（如seqFISH中使用的4或5種顏色）,，因此，使用具有已知探針顏色轉(zhuǎn)換器對同一張幻燈片進行反復(fù)探測,，可以基于顯微鏡可識別的顏色的順序?qū)?shù)百個轉(zhuǎn)錄本進行識別區(qū)分,。在采用seqFISH+的最新工作中，一種包含四個條形碼序列在內(nèi)的新方法取代了原有用熒光團標(biāo)記的轉(zhuǎn)錄特異性初級探針,，這些條形碼序列作為熒光標(biāo)記的二級探針靶點,。在稱為“Barcoding”的四次連續(xù)的探測過程中，根據(jù)哪些次級探針結(jié)合到這四個條形碼位點來識別轉(zhuǎn)錄本,。Eng等人通過設(shè)計10,000個基因的轉(zhuǎn)錄本探針,，證明seqFISH+的可行性。最初在培養(yǎng)的小鼠細胞上,，他們顯示基因表達譜在數(shù)量上等同于RNA-seq數(shù)據(jù),。此外，seqFISH+可以在小鼠大腦區(qū)域的切片中檢測預(yù)期的細胞層,，研究小組還基于基因表達譜和這些細胞類型之間的空間關(guān)系來表征細胞類型,。最后，作者分析了相鄰細胞中的配體編碼和受體編碼RNA,，以確定依賴于局部組織上下關(guān)系的假定的細胞間配體-受體對。在Rodrique和Stickels等人的研究中,，他們使用Drop-seq beads實現(xiàn)高分辨率空間捕獲,。在最初的drop-seq方法中，單個細胞被封裝在帶有barcoded bead的液滴中,，這些barcoded bead用特定于細胞的條形碼標(biāo)記轉(zhuǎn)錄本,，但卻不包含空間信息,。在被稱為Slide-seq的空間適應(yīng)中，研究人員首先在固體表面上排列barcode以制造“puck”,，然后進行測序（使puck保持原樣）以識別存在于每個位置的barcode,。然后將組織切片放置在puck上，通過組織消化釋放RNA,，并且產(chǎn)生包含該位置特定條形碼的RNA-seq文庫,。雖然每個bead并不是從一個分離的單個細胞中嚴(yán)格獲取RNA，但10 μm的beads被填充在一個密集的矩陣中,，而這一矩陣是按照哺乳動物細胞組織間距的順序排列的,。基于識別小鼠和人體器官中已知的組織結(jié)構(gòu)，研究者證明了Slide-seq在各種組織環(huán)境中的可行性,。以小鼠腦部切片為研究重點,，該小組將具有空間模式下基因表達的基因識別為已知的和新的不同細胞類型的標(biāo)記；此外,，在不同的小腦細胞類型中,，他們發(fā)現(xiàn)了空間上可識別的細胞亞群。最后,，監(jiān)測小鼠腦損傷模型中反應(yīng)的時間過程,，研究者發(fā)現(xiàn)，最初幾天發(fā)生的增殖效應(yīng)隨后是數(shù)周內(nèi)的分化事件,。當(dāng)應(yīng)用于各種不同的組織系統(tǒng)時,，這些空間轉(zhuǎn)錄學(xué)方法有很大的潛力提供詳細的分子視圖。
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