虽然我们体内的许多细胞可以积累致癌突变，但这些事件中的大多数不会导致肿瘤形成，因为这些异常细胞被防御机制消除。相反，当突变发生在对其特异性敏感的特定细胞类型中时，肿瘤就会出现。鉴定此类癌细胞起源对于正确靶向癌症至关重要。
例如，视网膜母细胞瘤(RB)肿瘤抑制基因中的突变通常阻断异常细胞生长和分裂，产生视网膜母细胞瘤，一种眼肿瘤。视网膜母细胞瘤起源于称为视锥细胞的特化视网膜细胞，其收集光。为什么这种癌症始终始于锥细胞尚不清楚。但是，如果科学家能够更清楚，更准确地了解锥细胞中RB突变与视网膜中其他细胞的下游效应，他们可能会识别出能够以类似激光的方式预防或治疗视网膜母细胞瘤的独特治疗靶点。
但研究特定细胞类型中基因突变的影响说起来容易做起来难。收集仅由一种细胞类型组成的纯样品几乎是不可能的。相反，科学家经常不得不使用从整个组织制备的大量样本。
“这只能提供单个细胞中基因表达的平均图像，因为它汇集了数千个细胞，无论样品被纯化多少，其中一些细胞可能是不需要的。使用这些细胞检查RB突变效果的结果样本不能准确地表示RB突变如何影响特定细胞类型的基因表达，“伊利诺伊大学芝加哥医学院生物化学与分子遗传学教授Maxim Frolov说。
一种名为单细胞RNA测序的革命性新技术让研究人员可以研究单个细胞中的基因表达，消除细胞样本污染和平均的问题。Frolov的实验室采用了一项名为Drop-seq的技术，该技术允许研究人员对单个细胞进行分离和遗传测序。Drop-seq可以同时测序数千个单个细胞。
Frolov和他的研究生Majd Ariss组装了Drop-seq仪器，用于分离果蝇的发育过程中的细胞，实验室将其用作模型系统。然后，他们能够研究由RB基因突变引起的眼睛中数千种不同细胞的基因表达变化，与基因在具有正常拷贝的RB基因的细胞中相比。他们的结果发表在自然通讯。
“由于这是第一次在果蝇眼睛的细胞中进行单细胞RNA测序，我们必须创建一个全面的图谱或细胞图谱，准确描述正常眼睛中每种细胞类型的基因表达。然后我们依赖在该图谱上确定RB突变如何影响眼中每种细胞类型的基因表达，“Frolov解释说。
他们对具有RB突变的眼细胞的分析揭示了一个独特但很小的细胞群，其中突变改变了基因表达并改变了细胞代谢。代谢变化使细胞对细胞凋亡或自身诱导的细胞死亡敏感。RB基因突变的细胞倾向于经历细胞凋亡是众所周知的现象，并且最终通过癌症发展期间的额外突变来克服，其特征在于失控的细胞生长和分裂 - 与之相反。细胞凋亡。
“我们在RB突变细胞中观察到的代谢变化使得它们在可能被治疗方法利用的方式中变得脆弱，然后其他突变进入同一细胞，使它们对细胞死亡具有抗性，”Frolov说。“由于这些影响仅限于如此小的一组细胞，因此在分析整个RB突变体眼组织时，它们先前被遗漏了。”
Drop-seq平台让Ariss建造了三个多月。他煞费苦心地按照40页手册中的说明生成了他的第一个单细胞RNA测序数据集。“没有人指导我们如何进行单细胞测序，因为我们是UIC第一个这样做的人，”该论文的第一作者阿里斯说。他们的Drop-seq仪器是UIC中唯一的此类仪器。
“这是一项真正的革命性技术，有望揭示癌症的起源，以及为什么某些癌症起源于某些细胞类型，而不是其他细胞类型。现在我们才能开始研究为什么以及如何研究。在过去的一年半中，我们进行了一百多次实验，并从果蝇器官，小鼠肿瘤和人类细胞系中产生了超过十万个细胞的转录组。我们希望更多的UIC研究人员能够继续使用它，“弗罗洛夫说。
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