Investigadores de Northwestern Medicine dirigidos por Ruli Gao, Ph.D., profesor asistente de Bioquímica y Genética Molecular, han desarrollado una novedosa herramienta de secuenciación genética que acelera el análisis de secuenciación de genotipos y fenotipos de las mismas células en tumores, como se detalla en un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
La secuenciación de ARN de nanoporos unicelulares es un tipo más nuevo de secuenciación genética que impulsa las técnicas actuales de secuenciación de ARN unicelular de alto rendimiento desde la secuenciación de próxima generación (NGS), que solo puede secuenciar hebras cortas de ARN, hasta la secuenciación de tercera generación de lectura larga. secuenciación de generación (TGS), que puede medir directamente la longitud total de los ARN.
Sin embargo, también se sabe que la técnica avanzada produce altos errores de secuenciación y también se basa en una secuenciación de lecturas cortas (generando datos NGS coincidentes para guiar la identificación de datos celulares) o en el uso de una lista blanca de códigos de barras para dividir los datos en celdas verdaderas y únicas. moléculas.
"Esta técnica se basa en códigos de barras de células y códigos de barras de una sola molécula, lo que llamamos identificadores de moléculas únicas, para lograr un alto rendimiento, por lo que se ven los desafíos debido a los mayores errores de secuenciación en las secuencias de códigos de barras. Los métodos disponibles actualmente dependen de los datos de próxima generación o dependen de una lista blanca teórica para reconocer cuáles son verdaderos códigos de barras celulares e identificadores de moléculas únicos", dijo Gao, quien también es miembro del Centro Integral de Cáncer Robert H. Lurie de la Universidad Northwestern.
Para mejorar este proceso, el equipo de Gao desarrolló scNanoGPS (análisis de secuenciación de nanoporos unicelulares de genotipos y fenotipos simultáneamente), una nueva herramienta de secuenciación que realiza una deconvolución completamente independiente de lecturas largas propensas a errores en células y moléculas individuales.
"Para facilitar aún más las aplicaciones de tecnología novedosa en la investigación genómica, scNanoGPS construye módulos funcionales adicionales para calcular tanto genotipos (mutaciones) como fenotipos (expresiones de genes e isoformas) en células individuales a partir de datos de secuenciación de ARN de nanoporos unicelulares de alto rendimiento", dijo Cheng-Kai Shiau, Ph.D., becario postdoctoral en el laboratorio Gao y coprimer autor del estudio.
scNanoGPS aumenta el rendimiento de secuenciación de cientos a miles de células, lo que es comparable a las técnicas actuales de secuenciación de ARN unicelular basadas en lecturas cortas ampliamente aplicadas, y los perfiles de expresión entre datos de lectura corta y lectura larga son altamente concordantes, según Gao.
"Debido a la cobertura del cuerpo genético completo, los datos de lectura larga permiten cálculos de isoformas de empalme y alteraciones genéticas que en gran medida pasan desapercibidas mediante la secuenciación de ARN unicelular de lectura corta", dijo Gao.
Para validar su herramienta, el equipo de Gao utilizó scNanoGPS para secuenciar linfocitos y células tumorales de riñón y descubrió que las células expresan combinaciones específicas de isoformas y mutaciones genéticas de tipos celulares.
"Encontramos isoformas específicas de tipos celulares, incluidas isoformas específicas de células tumorales e isoformas específicas de células inmunitarias, y también demostramos perfiles de mutación específicos de tipos celulares dentro de los mismos tumores", dijo Lina Lu, Ph.D., becaria postdoctoral en el Laboratorio Gao y coprimer autor del estudio.
"Se sabe que las isoformas de empalme alternativas son un mecanismo post-transcripción crítico para aumentar la complejidad de las proteínas en las células humanas. Nos entusiasma observar que scNanoGPS permite la medición directa de isoformas de empalme a niveles unicelulares", dijo Gao.
En cuanto a aplicaciones futuras, Gao espera que scNanoGPS pueda usarse para identificar isoformas específicas de tipos celulares que contribuyen a diversas enfermedades humanas como el cáncer, la insuficiencia cardíaca e incluso el rechazo de trasplantes de órganos.
"Las nuevas tecnologías hacen que la generación de datos sea relativamente más fácil, sin embargo, los investigadores no pueden utilizar nuevos tipos de datos de manera efectiva sin una herramienta computacional sólida. scNanoGPS llena un vacío entre las tecnologías y las aplicaciones. Esperamos que la poderosa tecnología de secuenciación unicelular de lectura larga esté disponible y sea accesible a todos los laboratorios generales", afirmó Gao.
Más información: Cheng-Kai Shiau et al, Análisis de secuenciación de lectura larga de células individuales de alto rendimiento de genotipos y fenotipos de células iguales en tumores humanos, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-39813-7
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Northwestern
