01 技術(shù)原理
DNBelab C4技術(shù)是基于負(fù)壓的液滴微流控系統(tǒng),通過引入自主專利的液滴標(biāo)簽技術(shù)(Disc-seq:Droplet-indexed high-throughput single-cell sequencing),將帶有標(biāo)簽的捕獲磁珠與單個(gè)細(xì)胞或者細(xì)胞核包裹在液滴中,采用Droplet index的技術(shù)實(shí)現(xiàn)磁珠的超泊松分布,在液滴中完成細(xì)胞裂解和捕獲mRNA或DNA分子及用于識(shí)別來自同一液滴磁珠的標(biāo)簽序列,對(duì)cDNA和Droplet index進(jìn)行文庫構(gòu)建和測(cè)序,即可一次性獲得大量細(xì)胞的基因表達(dá)或染色質(zhì)開放區(qū)基因信息。此技術(shù)與常規(guī)液滴單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)如Drop-seq平臺(tái)1%-3%的細(xì)胞回收率相比,回收率提高至30%-60%,顯著提高了細(xì)胞的利用率,降低了單次細(xì)胞投入量。
02 技術(shù)流程
單細(xì)胞測(cè)序的一般流程包括細(xì)胞懸液制備、單細(xì)胞分離、裂解、擴(kuò)增、建庫、測(cè)序、數(shù)據(jù)分析等步驟。
scRNA-seq
該技術(shù)基于便攜的負(fù)壓裝置將帶有標(biāo)簽的mRNA捕獲磁珠與單個(gè)細(xì)胞或者細(xì)胞核包裹在液滴中,采用Droplet index的技術(shù)實(shí)現(xiàn)磁珠的超泊松分布,在液滴中完成細(xì)胞裂解和捕獲mRNA分子及用于識(shí)別來自同一液滴磁珠的標(biāo)簽序列,對(duì)cDNA和Droplet index進(jìn)行文庫構(gòu)建和測(cè)序,即可一次性獲得大量細(xì)胞的基因表達(dá)信息。
圖1 基于自主標(biāo)簽技術(shù)(Disc-seq)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù) scRNA-seq
scATAC-seq
單細(xì)胞ATAC-seq從組織或細(xì)胞富集細(xì)胞核,然后利用Tn5轉(zhuǎn)座酶對(duì)染色質(zhì)開放區(qū)進(jìn)行切割,通過DNBelab C4單細(xì)胞設(shè)備,包裹轉(zhuǎn)座后的細(xì)胞核和帶有標(biāo)簽的磁珠,在液滴內(nèi)完成染色質(zhì)開放區(qū)的富集和擴(kuò)增,后續(xù)可根據(jù)高通量測(cè)序流程制備文庫并進(jìn)行測(cè)序及生信分析,轉(zhuǎn)座后細(xì)胞核投入芯片5,000-15,000,獲取1,500-9,000細(xì)胞,雙包率 <5%。
03 建庫流程
scRNA-seq
1)逆轉(zhuǎn)錄:將生成的液滴經(jīng)過破乳后,構(gòu)建逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)體系完成 RNA 反轉(zhuǎn)錄。
2)二鏈合成:將反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物利用二鏈合成反應(yīng)體系進(jìn)行二鏈合成。
3)PCR擴(kuò)增:對(duì)合成的cDNA按照設(shè)置PCR反應(yīng)體系及參數(shù)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。
4)cDNA及oligo產(chǎn)物純化:將PCR產(chǎn)物使用Cleanup Beads A完成純化,分別純化出cDNA和oligo產(chǎn)物。
5)文庫質(zhì)量檢測(cè):取1μl cDNA及oligo產(chǎn)物使Qubit dsDNA HS Kit檢測(cè)濃度,使用Agilen DNA分析試劑盒檢測(cè)片段分布。
6)上機(jī)測(cè)序:文庫檢測(cè)合格,上機(jī)測(cè)序。
scATAC-seq
1)酶處理:將生成的液滴經(jīng)過破乳后,利用ATAC Enzyme II的反應(yīng)體系進(jìn)行酶處理,去除冗余片段。
2)PCR擴(kuò)增:對(duì)回收的DNA按照設(shè)置PCR反應(yīng)體系及參數(shù)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。
3)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物純化:將PCR產(chǎn)物使用Cleanup Beads A完成純化。
4)文庫質(zhì)量檢測(cè):取DNA產(chǎn)物使Qubit dsDNA HS Kit檢測(cè)濃度,使用2100 High Sensitivity Chip檢測(cè)片段分布。
5)上機(jī)測(cè)序:文庫檢測(cè)合格,上機(jī)測(cè)序。
04 測(cè)序策略
使用華大自主研發(fā)的國產(chǎn)化DNBSEQ Tx系列超高通量的測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序。
scRNA-seq
測(cè)序讀長:30+100+10bp 測(cè)序數(shù)據(jù)量:500M reads
圖2 scRNA 測(cè)序策略示意圖
scATAC-seq
測(cè)序讀長 20+50+50bp 測(cè)序數(shù)據(jù)量:500M reads
圖3 scATAC測(cè)序策略示意圖
05 信息分析
圖4 食蟹猴組織/器官水平的單細(xì)胞UMAP聚類結(jié)果(左)以及通過質(zhì)控的每種組織中的細(xì)胞數(shù)量(右)
圖5 食蟹猴所有 cluster 的細(xì)胞類型注釋(左)以及通過質(zhì)控的每種細(xì)胞類型的細(xì)胞數(shù)量(右)
圖6 C4 scATAC-seq分析流程圖
C4 scATAC-seq 部分結(jié)果展示:
圖7A大鼠大腦皮層樣本scATAC-seq數(shù)據(jù)的UMAP聚類圖(共計(jì)29,023個(gè)單細(xì)胞核數(shù)據(jù));
圖7B不同細(xì)胞類型中marker基因及管家基因的染色質(zhì)開放區(qū)域圖(如Tmem119基因的TSS區(qū)域僅在microglia中檢測(cè)到,而在其他細(xì)胞類型中沒有)