KR20230019056A - single cell RNA-seq analysis in continuous medium without compartmentalization - Google Patents
single cell RNA-seq analysis in continuous medium without compartmentalization Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230019056A KR20230019056A KR1020220094685A KR20220094685A KR20230019056A KR 20230019056 A KR20230019056 A KR 20230019056A KR 1020220094685 A KR1020220094685 A KR 1020220094685A KR 20220094685 A KR20220094685 A KR 20220094685A KR 20230019056 A KR20230019056 A KR 20230019056A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cell
- cells
- solution
- beads
- lysis
- Prior art date
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000003559 RNA-seq method Methods 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 62
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 45
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 33
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 28
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 claims description 22
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 12
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000011222 transcriptome analysis Methods 0.000 claims description 7
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012174 single-cell RNA sequencing Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 171
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 15
- 108020004999 messenger RNA Proteins 0.000 description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 12
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 10
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 9
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 9
- 102100030708 GTPase KRas Human genes 0.000 description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 8
- NXQKSXLFSAEQCZ-SFHVURJKSA-N sotorasib Chemical compound FC1=CC2=C(N(C(N=C2N2[C@H](CN(CC2)C(C=C)=O)C)=O)C=2C(=NC=CC=2C)C(C)C)N=C1C1=C(C=CC=C1O)F NXQKSXLFSAEQCZ-SFHVURJKSA-N 0.000 description 8
- 239000012139 lysis buffer Substances 0.000 description 7
- 108060002716 Exonuclease Proteins 0.000 description 6
- 102000013165 exonuclease Human genes 0.000 description 6
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 102200006538 rs121913530 Human genes 0.000 description 6
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 4
- 239000002299 complementary DNA Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000010839 reverse transcription Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001917 Ficoll Polymers 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 3
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- GUAHPAJOXVYFON-ZETCQYMHSA-N (8S)-8-amino-7-oxononanoic acid zwitterion Chemical compound C[C@H](N)C(=O)CCCCCC(O)=O GUAHPAJOXVYFON-ZETCQYMHSA-N 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BZXMNFQDWOCVMU-UHFFFAOYSA-N 2-[dodecanoyl(methyl)amino]acetic acid;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CC(O)=O BZXMNFQDWOCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 238000001943 fluorescence-activated cell sorting Methods 0.000 description 2
- 238000010199 gene set enrichment analysis Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229960005322 streptomycin Drugs 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-2-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)C(CN1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)=O OHVLMTFVQDZYHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WZFUQSJFWNHZHM-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 WZFUQSJFWNHZHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2 IHCCLXNEEPMSIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-RXMQYKEDSA-N D-lysine Chemical compound NCCCC[C@@H](N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-RXMQYKEDSA-N 0.000 description 1
- 101150027068 DEGS1 gene Proteins 0.000 description 1
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 1
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 1
- 102100027043 Discoidin, CUB and LCCL domain-containing protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 230000010190 G1 phase Effects 0.000 description 1
- 101000911787 Homo sapiens Discoidin, CUB and LCCL domain-containing protein 2 Proteins 0.000 description 1
- 101001078133 Homo sapiens Integrin alpha-2 Proteins 0.000 description 1
- 101000638886 Homo sapiens Urokinase-type plasminogen activator Proteins 0.000 description 1
- 102100025305 Integrin alpha-2 Human genes 0.000 description 1
- 238000003657 Likelihood-ratio test Methods 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 1
- 208000009052 Precursor T-Cell Lymphoblastic Leukemia-Lymphoma Diseases 0.000 description 1
- 230000018199 S phase Effects 0.000 description 1
- 208000029052 T-cell acute lymphoblastic leukemia Diseases 0.000 description 1
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 description 1
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 description 1
- 102100031358 Urokinase-type plasminogen activator Human genes 0.000 description 1
- 201000011186 acute T cell leukemia Diseases 0.000 description 1
- 208000009956 adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 201000010897 colon adenocarcinoma Diseases 0.000 description 1
- 208000029742 colonic neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 210000004443 dendritic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010195 expression analysis Methods 0.000 description 1
- 210000001723 extracellular space Anatomy 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000011331 genomic analysis Methods 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000007849 hot-start PCR Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000003292 kidney cell Anatomy 0.000 description 1
- 229940125399 kras g12c inhibitor Drugs 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 1
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 1
- 238000011176 pooling Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 102200006531 rs121913529 Human genes 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000002864 sequence alignment Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 230000002103 transcriptional effect Effects 0.000 description 1
- 238000012085 transcriptional profiling Methods 0.000 description 1
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/06—Lysis of microorganisms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
- C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
- C12N15/1006—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6869—Methods for sequencing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
- B01L2200/0663—Stretching or orienting elongated molecules or particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
- B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
- C12Q2563/131—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties the label being a member of a cognate binding pair, i.e. extends to antibodies, haptens, avidin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q2563/00—Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
- C12Q2563/149—Particles, e.g. beads
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Mycology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 연속적인 매질에서 세포간 구획화를 하지 않는 방식의 단일세포 전사체 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing single cell transcripts in a continuous medium without intercellular compartmentalization.
단일세포 RNA 서열 분석 (scRNA-seq)는 생물학적 이질성을 확인하는 주요한 수단이었으며, 지난 10년 동안 뚜렷한 세포 상태, 유형 및 표현형을 정의하기 위한 주요한 기준으로 인식되었다. 개별 세포의 전사 프로파일링(Transcriptional profiling)은 이종 모집단의 기능 상태 변화에 대한 정보를 제공한다. scRNA-seq의 범용성은 많은 수의 단일 세포 전사체를 쉽게 얻을 수 있는 새로운 전략에 활용되었다. 그러나 대규모의 병렬적 접근법의 개발에도 불구하고 종래 기술은 큰 샘플의 크기, 번거로운 실험방법 및 고비용의 장치를 필요로 한다. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) has been a major means of identifying biological heterogeneity and has been recognized over the past decade as a major criterion for defining distinct cellular states, types and phenotypes. Transcriptional profiling of individual cells provides information about changes in the functional status of heterogeneous populations. The versatility of scRNA-seq has been exploited in a new strategy to easily obtain large numbers of single-cell transcripts. However, despite the development of large-scale parallel approaches, the prior art requires large sample sizes, cumbersome experimental methods, and expensive equipment.
이어지는 세포 용해를 위해 개별적으로 바코드가 지정되도록 외부와의 상호작용을 차단하도록 각 세포가 서로 분리되고 개별 반응 챔버에서 위치하여야 하기 때문에 단일세포의 구획화는 단일세포 전사체를 포착하는데 필수적이다. 손수 세포를 나누거나 형광-활성화 세포 분류 (Fluorescence-activated cell sorting (FACS))와 같은 종래의 방법은 각 세포에 대해 하나의 웰을 반응 구역으로 할당하여 단일세포의 병렬적 프로파일링을 위한 확장성 (scalability)을 제한한다. 최근 개발된 대규모 병렬적 접근법 (massively parallel approaches)도 단일세포의 구획화를 포함한다. 마이크로웰 기반 기술이 단일세포의 물리적인 세포를 구별하는데 비하여 미세유체 기반 (Droplet microfluidics)는 물방울로 분리한다. 또 다른 기술인 조합 인덱싱 (combinatorial indexing) 은 단일 세포의 개별 라벨링을 위하여 핵산의 스플릿-풀 바코딩 (split-pool barcoding) 을 활용하고 이는 각 웰에서 세포들의 분리를 필요로 한다. Compartmentalization of single cells is essential to capture single cell transcriptomes, as each cell must be isolated from each other and placed in separate reaction chambers to block interactions with the outside world to be individually barcoded for subsequent cell lysis. Conventional methods such as manual cell division or fluorescence-activated cell sorting (FACS) allocate one well for each cell as a reaction zone, providing scalability for parallel profiling of single cells. (scalability). Recently developed massively parallel approaches also involve compartmentalization of single cells. While microwell-based technology distinguishes physical cells from single cells, droplet microfluidics separates them into droplets. Another technique, combinatorial indexing, utilizes split-pool barcoding of nucleic acids for individual labeling of single cells, which requires separation of cells in each well.
공간적 구획화에 의존하는 모든 방법들은 번거로우면서 비용이 많이 든다. 세포의 물리적 구획화가 필요하지 않은 단일세포 전사체 포착 기술은 기존의 단일세포 분석 방법에 비하여 이점이 있다. 실험이 연속적인 배지에서 이루어지기 때문에 실험의 규모를 키우는데 사실상 제한이 없어 약간의 비용 증가만으로 대량의 병렬적인 단일세포 RNA 시퀀싱이 가능하게 한다. 또한, 세포를 구획화 할 때 불가피하게 샘플 일부가 손실되기 때문에 더 많은 샘플의 확보가 가능하다. 중요한 것은, 세포의 구획화에 복잡한 장치가 필요하지 않기 때문에, scRNA-seq의 활용 가능성을 더욱 많은 실험실에서 가능하게 한다. 이러한 많은 장점에도 불구하고, 세포의 공간적 분리 없는 단일세포 전사체의 포착은 분자 확산에 의한 세포간 mRNA 오염을 제거하기 어려워 쉽지 않았다.All methods that rely on spatial segmentation are cumbersome and expensive. Single-cell transcriptome capture technology, which does not require physical compartmentalization of cells, has advantages over existing single-cell analysis methods. Because the experiment is performed in a continuous medium, there are virtually no restrictions on scaling up the experiment, enabling massively parallel single-cell RNA sequencing at a slight increase in cost. In addition, since a portion of the sample is inevitably lost when cells are compartmentalized, more samples can be secured. Importantly, since no complicated equipment is required for cell compartmentalization, scRNA-seq can be used in more laboratories. Despite these many advantages, the capture of single-cell transcripts without spatial separation of cells has been difficult because it is difficult to eliminate intercellular mRNA contamination by molecular diffusion.
이에 본 발명자들은 드롭렛 (droplet) 또는 마이크로웰과 같은 물리적 구획화 없이 단일세포 전사체를 포착하는 새로운 방법인 Onepot-Seq을 개발하였다. onepot-Seq는 각 세포에 대한 시공간이 제한되며, 완만한 용해 후 세포 내용물의 최소한의 확산이 세포 주위에 형성된다. 비드와 세포 모두의 희박한 분포는 연속적인 유체 매체에서 단일에 가까운 세포의 전사체를 특이 적으로 포착하는 비드를 포함하는 것을 특징으로 한다. Accordingly, the present inventors developed Onepot-Seq, a new method for capturing single cell transcripts without physical compartmentalization such as droplets or microwells. Onepot-Seq is space-time limited for each cell, and minimal diffusion of cell contents is formed around the cell after gentle lysis. A sparse distribution of both beads and cells is characterized by the inclusion of beads that specifically capture transcripts of near-single cells in a continuous fluid medium.
본 발명의 일 양상은 1) 세포와 비드를 버퍼 용액 내에 고정시키는 단계; 2) 상기 버퍼 용액보다 밀도가 낮은 용해 용액을 버퍼 용액 상에 위치하도록 용해 용액을 첨가하는 단계; 및 3) 상기 용해 용액에 의해 용해된 상기 세포 내 전사체가 상기 비드에 포착되는 단계를 포함하는 단일세포 전사체 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.One aspect of the present invention is 1) immobilizing cells and beads in a buffer solution; 2) adding a dissolution solution so that a dissolution solution having a lower density than the buffer solution is positioned on the buffer solution; and 3) capturing the intracellular transcripts dissolved by the lysis solution to the beads.
본 발명의 일 양상은 1) 세포와 비드를 버퍼 용액 내에 고정시키는 단계; 2) 상기 버퍼 용액보다 밀도가 낮은 용해 용액을 버퍼 용액 상에 위치하도록 용해 용액을 첨가하는 단계; 및 3) 상기 용해 용액에 의해 용해된 상기 세포 내 전사체가 상기 비드에 포착되는 단계를 포함하는 단일세포 전사체 분석방법을 제공한다.One aspect of the present invention is 1) immobilizing cells and beads in a buffer solution; 2) adding a dissolution solution so that a dissolution solution having a lower density than the buffer solution is positioned on the buffer solution; and 3) capturing the intracellular transcripts dissolved by the lysis solution on the beads.
상기 1) 단계는 세포와 비드를 버퍼 용액 내에 고정시키는 단계로서, 상기 1) 단계는 버퍼 용액 내에 위치한 비드에 세포를 첨가하는 것일 수 있다.Step 1) is a step of immobilizing cells and beads in a buffer solution, and step 1) may be adding cells to beads located in a buffer solution.
상기 세포는 분석의 목적이 되는 세포로서 전사체를 가지고 있는 모든 종류의 세포를 의미한다. The cell is a target cell for analysis and refers to all types of cells having transcripts.
상기 비드는 후술되는 3) 단계에서 용해된 세포 내 전사체가 포착되기 위한 구성으로, 본 발명이 목적하는 세포 내 전사체 포착의 기능을 하는 한 크기, 소재 및 형상은 임의로 선택할 수 있고, 세포 내 전사체의 분류의 편의성을 위해 바코드로 표지된 것일 수도 있다. The bead is configured to capture intracellular transcripts dissolved in step 3) described later, and the size, material, and shape can be arbitrarily selected as long as the present invention functions to capture the desired intracellular transcripts, and It may be marked with a barcode for the convenience of classification of the corpse.
본 발명의 일 구체예로 상기 비드는 세포의 유효반경(Re(effective radius))에 위치하는 것으로, 상기 유효반경은 비드에 세포의 전사체가 포착되기 위한 유효 거리로서, 상기 유효반경은 아래와 같이 계산될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the bead is located in the effective radius (Re) of the cell, and the effective radius is an effective distance for the bead to capture the transcript of the cell, and the effective radius is calculated as follows It can be.
(여기서 λ는 반응 영역에서 비드의 수, ρ는 2차원 표면에서 비드의 밀도) (Where λ is the number of beads in the reaction area and ρ is the density of beads in the 2D surface)
비드가 세포의 유효반경(Re)에 위치하지 못하는 경우 세포의 전사체가 비드에 포착되기 어려워 본 발명의 효과를 얻기 어렵다. If the bead is not located within the effective radius (Re) of the cell, it is difficult to obtain the effect of the present invention because it is difficult for the transcript of the cell to be captured by the bead.
상기 버퍼 용액은 전술한 세포 및 비드가 고정되는 용액으로, 후술되는 바와 같이 세포를 용해시킬 수 있는 용해 용액에 비하여 밀도가 높고 용해 용액이 확산될 수 있는 성분으로 이루어질 수 있으며, 버퍼 용액의 성분은 본 발명에서 요구되는 버퍼 용액의 기능을 수행하는 한 임의로 선택할 수 있고, 구체적으로는 6% Ficoll PM-400, 20mM EDTA 및 0.2M Tris pH 7.5 를 혼합한 것 일 수 있다. The buffer solution is a solution in which the above-described cells and beads are immobilized, and as will be described later, may be made of a component that has a higher density than the lysis solution capable of dissolving cells and allows the lysis solution to diffuse, and the components of the buffer solution are As long as it performs the function of a buffer solution required in the present invention, it may be arbitrarily selected, and specifically, it may be a mixture of 6% Ficoll PM-400, 20mM EDTA, and 0.2M Tris pH 7.5.
상기 2) 단계는 상기 버퍼 용액보다 밀도가 낮은 용해 용액을 버퍼 용액 상에 위치하도록 용해 용액을 첨가하는 단계로서, 상기 용해 용액은 버퍼 용액보다 밀도가 낮다면 공지의 물질을 사용할 수 있고, 일 예시로 20% N-라우로일사르코신 나트륨 용액과 전술한 버퍼 용액 (6% Ficoll PM-400, 20mM EDTA, 0.2M Tris pH 7.5) 를 1:1 로 혼합한 것일 수 있다. Step 2) is a step of adding a dissolution solution so that a dissolution solution having a lower density than the buffer solution is located on the buffer solution, and if the dissolution solution has a lower density than the buffer solution, a known material may be used. A 20% N-lauroylsarcosine sodium solution and the aforementioned buffer solution (6% Ficoll PM-400, 20mM EDTA, 0.2M Tris pH 7.5) may be mixed at a ratio of 1:1.
상기 용해 용액은 후술되는 바와 같이 버퍼 용액 방향으로 확산 시키기 위해 버퍼 용액 상에 위치하는 것일 수 있으며, 이는 즉 용해 용액이 버퍼 용액과 혼합되지 않도록 위치되는 것일 수 있다. 이를 위하여 상기 용해 용액은 첨가될 때 피펫 팁의 가장자리를 버퍼 용액에 맞닿게 위치시킨 후 용해 용액이 고르게 퍼지도록 천천히 주입하는 것일 수 있다. 이러한 용해 용액의 첨가는 버퍼 용액에 비하여 낮은 밀도를 가진 용해 용액을 사용함으로써 이루어질 수 있고, 상기 용해 용액이 버퍼 용액 상에 위치하도록 첨가하되 서로 혼합되지 않도록 첨가하지 않아 서로 구별되도록 위치하다가 용해 용액이 버퍼 용액 방향으로 확산되어 세포를 용해시키는 것일 수 있다. 즉, 버퍼 용액 내의 비드와 세포의 움직임을 최소화하기 위해, 버퍼 용액보다 밀도가 낮은 용해 용액을 천천히 쌓은 후, 용해 용액의 확산을 통해 세포가 용해되도록 한다. 종래의 단일세포 분석 실험 기술에서는 여러 세포 유래의 mRNA가 1개의 비드에 포획되는 문제를 방지하기 위해 별도의 장비로 세포간 공간 분리를 수행해야 하는 어려움이 있었으나, 본 발명은 상기와 같은 확산을 통한 용해 방식을 통해 별도의 장비를 이용한 공간 분리 없이도 세포간 혼합 없이 단일 세포 분석을 진행할 수 있다. As will be described later, the dissolution solution may be positioned on the buffer solution to diffuse in the direction of the buffer solution, that is, the dissolution solution may not be mixed with the buffer solution. To this end, when the dissolution solution is added, the edge of the pipette tip may be placed in contact with the buffer solution and then slowly injected so that the dissolution solution is evenly spread. The addition of such a dissolution solution can be performed by using a dissolution solution having a lower density than the buffer solution, and the dissolution solution is added so that it is located on the buffer solution, but is not added so as not to mix with each other, so that the dissolution solution is positioned to be distinguished from each other. It may diffuse in the direction of the buffer solution to lyse the cells. That is, in order to minimize the movement of beads and cells in the buffer solution, a lysis solution having a lower density than the buffer solution is slowly piled up, and then the cells are lysed through diffusion of the lysis solution. In the conventional single cell analysis experiment technology, there was a difficulty in performing intercellular space separation with separate equipment to prevent the problem of capturing mRNAs from multiple cells in one bead. Through the lysis method, single cell analysis can be performed without spatial separation using separate equipment and without mixing between cells.
상기 3) 단계는 상기 용해 용액에 의해 용해된 상기 세포 내 전사체가 상기 비드에 포착되는 단계로서, 전술한 바와 같이 용해 용액은 버퍼 용액과 직접적으로 혼합되지 않지만 버퍼 용액 상에 위치하여 용해 용액이 버퍼 용액 방향으로의 확산되면서 세포가 용해되는 것일 수 있다. Step 3) is a step in which the intracellular transcripts dissolved by the lysis solution are captured by the beads. As described above, the lysis solution is not directly mixed with the buffer solution, but is located on the buffer solution so that the lysis solution becomes a buffer. Cells may be lysed while diffusing in the direction of the solution.
상기 용해는 2) 단계의 용해 용액 첨가 후 5 내지 30분, 5 내지 25분, 7 내지 23분, 10 내지 20분, 13 내지 17분, 14 내지 16분, 또는 15분간 이루어지는 것일 수 있다. 상기 시간 범위 보다 짧게 이루어질 경우 세포의 용해 및/또는 세포 내 전사체가 비드에 충분히 포착되지 않을 수도 있고, 길게 이루어질 경우 전사체의 확산에 의해 하나의 비드에 둘 이상의 세포로부터 유래한 전사체가 포착되어 분석의 정확도가 떨어질 수 있다.The dissolution may be performed for 5 to 30 minutes, 5 to 25 minutes, 7 to 23 minutes, 10 to 20 minutes, 13 to 17 minutes, 14 to 16 minutes, or 15 minutes after the addition of the dissolution solution in step 2). If the time range is shorter than the above range, cell lysis and/or intracellular transcripts may not be sufficiently captured by the beads, and if the time range is longer, transcripts derived from two or more cells are captured and analyzed by one bead due to diffusion of the transcripts. accuracy may decrease.
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법에서는 비드 : 세포의 비율이 100 : 1 내지 100: 10의 개수비로 첨가되는 것일 수 있으며, 이를 통해 총 부피가 크게 증가하여 분석이 어려워지거나 효율성이 낮아지는 경우를 방지할 수 있다. In the present invention, in the single-cell transcriptome analysis method, the ratio of beads: cells may be added at a number ratio of 100: 1 to 100: 10, which greatly increases the total volume, making analysis difficult or low efficiency Losing can be prevented.
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법은 세포와 비드가 웰에서 뭉치는 것을 방지하기 위해 플레이트를 상하 좌우로 흔들어 혼합하는 단계, 및 방치하여 세포와 비드가 웰의 바닥에 가라앉도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the single cell transcriptome analysis method includes mixing by shaking the plate up and down and left and right to prevent cells and beads from aggregating in the well, and leaving the cells and beads to settle to the bottom of the well Further steps may be included.
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법은 용해 버퍼를 추가하는 단계에서, 피펫 팁의 가장자리를 수면과 일직선으로 맞추어 첨가되는 유량이 가급적 고르게 퍼지도록 원형으로 움직여 천천히 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the single-cell transcriptome analysis method may further include, in the step of adding the lysis buffer, slowly adding the lysis buffer by aligning the edge of the pipette tip in a straight line with the water surface and moving in a circular motion so that the added flow rate spreads as evenly as possible. can
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법은 용액 첨가 단계 이후, 플레이트를 배양하여 세포의 용해 및 mRNA를 비드가 포착하도록 기다리는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때 밀도 차로 인해, 세포 비드가 포함된 버퍼 용액의 상층부에 용해 용액이 위치하고, 용해 용액이 웰의 바닥 방향으로 확산되는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the single cell transcriptome analysis method may further include, after the step of adding the solution, culturing the plate to wait for the cells to be lysed and the mRNA to be captured by the beads. In this case, due to the difference in density, the lysis solution may be positioned on an upper layer of the buffer solution containing the cell beads, and the lysis solution may further include spreading toward the bottom of the well.
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법은 용해 버퍼를 첨가한 후 5분 내지 15분 이내에 세포가 완전히 용해되는 것일 수 있다.In the present invention, the single cell transcriptome analysis method may be that cells are completely lysed within 5 to 15 minutes after adding the lysis buffer.
본 발명에 있어서, 상기 단일세포 전사체 분석방법은 비드 포착 단계 이후, 비드에 6X SSC 를 첨가하는 단계; 이후 비드를 원심분리 후 6X SSC로 2회 세척 및 Maxima 5X RT buffer로 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the single cell transcriptome analysis method comprises the steps of adding 6X SSC to beads after the bead capture step; After centrifugation of the beads, washing twice with 6X SSC and washing with Maxima 5X RT buffer may be further included.
본 발명의 방법은 복잡한 장치 없이 단일 세포 전사체를 하나의 위치에서 포착할 수 있고, 복잡하고 손이 많이 가는 단일 세포 RNA 염기서열 분석 과정이 크게 간소화된다. 본 발명은 기존의 단일세포 분석방법과 유사한 성능을 가지며 단일세포 RNA 염기서열 분석이 활용되는 영역에서 광범위하게 적용 가능하다. 또한 세포 간 구분 없이 하나의 연결된 공간에서 분석이 이루어짐으로써 실험의 규모(scale)를 확장하는 데에 제한이 없다는 장점이 있다.The method of the present invention can capture single cell transcripts at one location without complicated devices, and the complicated and laborious single cell RNA sequencing process is greatly simplified. The present invention has similar performance to existing single cell analysis methods and is widely applicable in areas where single cell RNA sequencing is utilized. In addition, since the analysis is performed in one connected space without distinction between cells, there is no limit to expanding the scale of the experiment.
도 1 및 2는 본 발명의 개념을 나타낸 도면 및 사진으로, 도 1은 세포 (10um~20um)와 마이크로 크기의 구형입자 (20um~40um)의 위치에 따른 관계 및 이를 나타내는 사진이고, 도 2는 세포 용해 방식을 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 활용가능성을 확인한 실험 결과로서 도 3은 세포 혼합 후 본 발명의 분석으로 전사체의 혼합여부를 확인한 실험 결과이고, 도 4는 종래 사용하던 Dropseq 방식과 대비한 전사체 포착 효율을 비교한 결과이다.
도 5 및 6은 본 발명의 최적 조건을 확인한 결과로서, 도 5는 세포 용해 시간에 따른 효율을 확인한 것이고, 도 6은 세포 밀도 조건에 따른 multiplet 형성율을 나타낸 것으로 일정 수준 이상의 multiplet 형성을 피하기 위한 세포 밀도 조건을 확인한 것이다.
도 7 내지 10은 본 발명의 유효성을 확인한 결과로서 도 7은 AMG510 약물섭동실험 결과이고, 도 8 은 tSNE 방식으로 세포주 별로 cluster가 형성되는지 여부를 확인하였고, 도 9는 본 발명을 이용한 세포별 유전자 발현 정도를 heatmap으로 확인한 결과이며, 도 10은 GSEA 및 Pseudotime analysis를 본 발명을 적용하여 실험한 결과를 나타낸 것이다. 1 and 2 are drawings and photographs showing the concept of the present invention, Figure 1 is a photograph showing the positional relationship between cells (10um ~ 20um) and micro-sized spherical particles (20um ~ 40um), Figure 2 is It is a diagram showing the cell lysis method.
3 and 4 are experimental results confirming the applicability of the present invention. FIG. 3 is an experimental result confirming the mixing of transcripts by the analysis of the present invention after cell mixing, and FIG. 4 is a transcript compared to the conventionally used Dropseq method. This is the result of comparing the capture efficiency.
Figures 5 and 6 show the result of confirming the optimal conditions of the present invention, Figure 5 confirms the efficiency according to the cell lysis time, and Figure 6 shows the multiplet formation rate according to the cell density condition, to avoid multiplet formation above a certain level. Cell density conditions were confirmed.
7 to 10 show the results of confirming the effectiveness of the present invention. FIG. 7 is the result of an AMG510 drug perturbation experiment, FIG. 8 confirms whether clusters are formed for each cell line using the tSNE method, and FIG. 9 is a gene for each cell using the present invention. This is the result of confirming the expression level by heatmap, and FIG. 10 shows the results of the experiment by applying the present invention to GSEA and pseudotime analysis.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, one or more specific examples will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate one or more specific examples, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1: 본 발명의 Onepot-seq 분석Example 1: Onepot-seq analysis of the present invention
실시예 1-1. 세포주의 준비 및 세포 배양Example 1-1. Preparation of cell lines and cell culture
DC2.4를 제외한 모든 세포주들은 한국 세포주 은행 (Korean Cell Line Bank, KCLB))에서 얻어서 사용하였다. 모든 세포주들은 37°C, 5% CO2 조건에서 유지되었다. 인간 배아 신장 세포 HEK293T 및 마우스 배아 섬유아세포 NIH3T3은 10% 소태아 혈청 (fetal bovine serum (FBS; Gibco, USA)) 및 1% 페니실린-스트렙토마이신 (penicillin-streptomycin (Thermo Fisher Scientific, USA))이 첨가된 Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM; Gibco, USA)에서 배양되었다. 인간 급성 T세포 백혈병 세포주 Jurkat, 마우스 수지상 세포주 DC2.4, 인간 세 선암종 NCI-H3122 및 NCI-H358, 인간 대장 선암종 SW480은 10% FBS 및 1% 페니실린-스트렙토마이신이 첨가된 RPI 1640에서 배양되었다.All cell lines except for DC2.4 were obtained from the Korean Cell Line Bank (KCLB) and used. All cell lines were maintained at 37°C and 5% CO 2 conditions. Human embryonic kidney cells HEK293T and mouse embryonic fibroblasts NIH3T3 were supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS; Gibco, USA) and 1% penicillin-streptomycin (Thermo Fisher Scientific, USA). cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM; Gibco, USA). The human acute T-cell leukemia cell line Jurkat, the mouse dendritic cell line DC2.4, the three human adenocarcinomas NCI-H3122 and NCI-H358, and the human colon adenocarcinoma SW480 were cultured in RPI 1640 supplemented with 10% FBS and 1% penicillin-streptomycin.
실시예 1-2. mRNA 확산 예측Example 1-2. mRNA diffusion prediction
mRNA가 방사 대칭으로 확산된다고 가정하면, 세포 용해 후 mRNA에 대한 확산 방정식은 다음과 같다:Assuming that mRNA diffuses radially symmetrically, the diffusion equation for mRNA after cell lysis is:
여기서 D는 mRNA의 확산계수, c는 mNRA의 농도, R은 세포로부터의 거리, t는 시간이다. 세포가 반지름 R의 구이고, mRNA의 농도가 세포내에서 동일하다고 가정하면 위의 방정식에 대한 값은 시간과 거리의 농도 관계를 제공한다:where D is the diffusion coefficient of mRNA, c is the concentration of mNRA, R is the distance from the cell, and t is time. Assuming that the cell is a sphere of radius R, and that the concentration of mRNA is the same within the cell, the values for the above equation give the concentration relationship between time and distance:
여기서 C0는 세포 내 mRNA의 초기농도이고, R은 세포 반지름이다. mRNA의 확산계수는 물이나 세포질의 DNA 단편의 확산 계수에 기초하여 1.0 μm2/sec로 가정하였다. 세포 크기와 초기 mRNA 농도는 5 μm, 1.2 μM로 가정하였으며, Drop-Seq의 물방울 내의 mRNA의 농도는 물방울의 부피만큼 세포의 mRNA를 희석한 것으로 보고 계산하였다. where C 0 is the initial concentration of mRNA in the cell and R is the cell radius. The diffusion coefficient of mRNA was assumed to be 1.0 μm2/sec based on the diffusion coefficient of DNA fragments in water or cytoplasm. The cell size and initial mRNA concentration were assumed to be 5 μm and 1.2 μM, and the mRNA concentration in the droplet of Drop-Seq was calculated assuming that the mRNA in the cell was diluted by the volume of the droplet.
실시예 1-3. Onepot-seq 분석Example 1-3. Onepot-seq analysis
세포는 표준 세포 배양 방법을 사용하여 채취되었다. 배양 플라스크에서 배지를 제거한 후 접착된 세포들을 1x PBS로 1회 세척한 후 37°C 에서 3~10분간 2ml 트립신 (Trypsin-EDTA; Gibco, USA)을 주입하고 8ml 성장배지에서 트립신들을 불활성화시켰다. 세포는 PBS-BSA (0.1% BSA in 1x PBS)로 3회 세척하였고 500-1000세포/μl 가 되도록 10ml PBS-BSA로 재현탁하였다. 세포들은 이어서 40 μm의 필터를 통과시켰고, 혈구 계산기 (hemocytometer)로 계수하였다. Onepot-Seq에 사용된 바코드 비드는 Chemgene (cat. No. MACOSKO-2011-10(V+)) 에서 구매하였다. Onepot-Seq에서 사용된 비드는 PBS-BSA로 3회 세척하였고, 100 μl 당 20,000 비드가 되도록 인큐베이션 버퍼 (6% Ficoll PM-400 (GE healthcare), 20 mM EDTA (Biosesang), 200 mM Tris pH 7.5 (Biosesang))에 재현탁하였다.Cells were harvested using standard cell culture methods. After removing the medium from the culture flask, the adhered cells were washed once with 1x PBS, and 2ml trypsin (Trypsin-EDTA; Gibco, USA) was injected at 37°C for 3 to 10 minutes, and the trypsins were inactivated in 8ml growth medium. . Cells were washed three times with PBS-BSA (0.1% BSA in 1x PBS) and resuspended in 10ml PBS-BSA to a concentration of 500-1000 cells/μl. Cells are then 40 It was passed through a μm filter and counted with a hemocytometer. Barcode beads used for Onepot-Seq were purchased from Chemgene (cat. No. MACOSKO-2011-10 (V+)). Beads used in Onepot-Seq were washed three times with PBS-BSA, and incubation buffer (6% Ficoll PM-400 (GE healthcare), 20 mM EDTA (Biosesang), 200 mM Tris pH 7.5 to 20,000 beads per 100 μl) (Biosesang)).
비드와 세포를 준비한 후 900 μl 인큐베이션 버퍼가 12웰 플레이트(TPP®, Switzerland)에 첨가되고, 100 μl의 비드 (인큐베이션 버퍼에서 100 μl 당 20,000 비드)를 웰에 첨가하였다. 그리고, 준비된 세포들을 목적하는 농도에 도달할 때까지 첨가하였다. 총 부피가 크게 증가하는 것을 피하기 위해 첨가된 세포의 부피는 1-10μl 정도 첨가하였다. 웰에서 세포와 비드가 특정 위치에 뭉치는 것을 피하기 위해 플레이트를 상하 좌우로 흔들어 혼합하고, 15분간 방치하여 세포와 비드가 웰의 바닥에 가라앉도록 하였다. After preparing the beads and cells, 900 μl incubation buffer was added to a 12-well plate (TPP®, Switzerland), and 100 μl of beads (20,000 beads per 100 μl in incubation buffer) were added to the wells. Then, the prepared cells were added until the desired concentration was reached. In order to avoid a large increase in the total volume, the volume of the cells added was about 1-10 μl. In order to avoid aggregation of cells and beads in a specific position in the well, the plate was shaken up and down and left and right, and left for 15 minutes to allow the cells and beads to settle to the bottom of the well.
세포 용해는 200 μl의 용해 버퍼 A(20% N-라우로일사르코신 나트륨 용액 (시그마) 와 인큐베이션 버퍼 1:1 혼합)를 웰에 첨가하여 확산 용해를 수행하였다. 용해 버퍼를 추가할 때 피펫 팁의 가장자리를 수면과 일직선으로 맞춰 유량이 최대한 적도록 한 후 고르게 퍼지도록 원형으로 움직여주면서 천천히 넣어주었다. 이후 15분간 플레이트를 배양하여 세포의 용해 및 mRNA를 비드가 포착하도록 두었다. 인큐베이션 버퍼가 용해 버퍼 A에 비하여 밀도가 높기 때문에 용해 버퍼 A는 세포 비드 용액 상에 위치하게 되고 웰의 바닥쪽으로 확산된다. 일반적으로, 세포들은 용해 버퍼를 첨가한 뒤 5분이 지난 시점부터 용해되기 시작하고, 10분이 지난 시점에서 대부분의 세포들이 용해되었으며 15분이 지난 시점에서 완전히 용해되었다.Cell lysis was performed by adding 200 μl of lysis buffer A (1:1 mixture of 20% N-lauroylsarcosine sodium solution (Sigma) and incubation buffer) to the wells to perform diffusion lysis. When adding the dissolution buffer, adjust the edge of the pipette tip in a straight line with the water surface to minimize the flow rate, and then slowly add it while moving in a circular motion to spread it evenly. The plates were then incubated for 15 minutes to allow cell lysis and mRNA capture by the beads. Since the incubation buffer is denser than lysis buffer A, lysis buffer A is placed on top of the cell bead solution and diffuses towards the bottom of the well. In general, cells began to be lysed 5 minutes after the addition of the lysis buffer, most cells were lysed after 10 minutes, and completely lysed after 15 minutes.
용해 후 1ml의 6X SSC (Biosesang, Korea)를 첨가하여 비드를 올리고 용액의 2ml를 즉시 Falcon tube의 냉각된 30ml의 6X SSC에 옮겨넣었다. 비드의 회수율을 최대로 높이기 위해 남아 있는 비드들은 추가적인 1ml의 6X SSC를 첨가하고 피펫팅한 뒤 Falcon tube에 추가하였다. 비드들은 1000xG에서 1분간 원심분리되었고 1ml의 6X SSC로 2회 세척한 뒤 50 μl의 Maxima 5X RT buffer (Thermo Fisher Scientific, USA)로 세척하였다. Drop-Seq의 지침에서 설명된 대로 역전사, 엑소뉴클레아제(exonuclease) 처리 및 cDNA 증폭을 수행하였다. 간략하게 비드들은 TE-SDS(TE buffer (Biosesang)로 1회 세척하고, TE-TW(TE buffer, supplemented with 0.01% of Tween-20 (Sigma))로 2회 세척하고, 역전사 반응(30 분, 25°C 및 90 분, 42°C)을 위하여 10 mM Tris pH 8.0 (Biosesang)로 1회 처리하였다. 그리고 비드들은 엑소뉴클레아제 반응 (45 분, 37°C) 이후 TE-SDS로 1회, TE-TW로 2회, nuclease-free water (Invitrogen)로 세척하였다. 또한, 역전사를 위해 역전사 믹스 (RT mix)를 첨가하고, 30분간 상온에서, 그리고 42℃에서 90분간 교반기 (Rotator)로 배양하였다. 그리고 TE-SDS 1ml 로 비드를 1회, TE-TW 1ml 로 2회 세척하였다. 그리고 엑소뉴클레아제의 처리는 1ml의 10mM Tris pH8.0 로 비드를 세척하고, 엑소뉴클레아제 믹스 (Exonuclease mix)를 첨가하여 이루어졌다. 그리고, 교반기로 45분간 37℃에서 배양하고, TE-SDS 1ml 로 비드를 1회, TE-TW 1ml 로 2회 세척하였다. cDNA는 개별 Onepot-seq well 반응별로 나누어 8개의 튜브로 나누었고, KAPA HiFi HotStart PCR Kit (Kapa Biosystems Inc., Switzerland)를 이용하여 증폭시켰다. cDNA 증폭은 4 μl의 10 μM SMART PCR 프라이머 (5'-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGT-3') (IDT), 25 μl의 KAPA HiFi DNA 폴리머라아제, 및 21 μl의 nuclease-free water로 채워진 50 μl PCR 용액으로 수행되었다. PCR 결과물은 제조사의 지시에 따라 0.6배 AMPure(Beckman Coulter, USA) 비드를 사용하여 풀링 및 정제되었다. cDNA 결과물은 절편화 (fragmented)를 거친 후 Nextera XT DNA Library Preparation Kit (Illumina, USA)을 이용하여 더욱 증폭되었다. After dissolution, 1 ml of 6X SSC (Biosesang, Korea) was added to raise the beads, and 2 ml of the solution was immediately transferred to a cooled 30 ml of 6X SSC in a Falcon tube. To maximize bead recovery, the remaining beads were added to the Falcon tube after adding an additional 1 ml of 6X SSC and pipetting. The beads were centrifuged at 1000xG for 1 minute, washed twice with 1 ml of 6X SSC, and washed with 50 μl of Maxima 5X RT buffer (Thermo Fisher Scientific, USA). Reverse transcription, exonuclease treatment and cDNA amplification were performed as described in the instructions for Drop-Seq. Briefly, the beads were washed once with TE-SDS (TE buffer (Biosesang)), washed twice with TE-TW (TE buffer, supplemented with 0.01% of Tween-20 (Sigma)), and reverse transcription reaction (30 min, 25 °C and 90 min, 42 °C) once with 10 mM Tris pH 8.0 (Biosesang), and the beads were treated once with TE-SDS after exonuclease reaction (45 min, 37 °C). , Washed twice with TE-TW and nuclease-free water (Invitrogen), and then added RT mix for reverse transcription, 30 minutes at room temperature, and 90 minutes at 42 ° C with a rotator. Then, the beads were washed once with 1ml of TE-SDS and twice with 1ml of TE-TW, and the exonuclease treatment was performed by washing the beads with 1ml of 10mM Tris pH8.0, and exonuclease mix (Exonuclease mix) was added and incubated at 37°C for 45 minutes with a stirrer, and the beads were washed once with 1ml of TE-SDS and twice with 1ml of TE-TW. cDNA was divided into 8 tubes by individual Onepot-seq well reaction, and amplified using KAPA HiFi HotStart PCR Kit (Kapa Biosystems Inc., Switzerland). cDNA amplification was performed with 50 μl PCR solution filled with 4 μl of 10 μM SMART PCR primer (5′-AAGCAGTGGTATCAACGCAGAGT-3′) (IDT), 25 μl of KAPA HiFi DNA polymerase, and 21 μl of nuclease-free water It became. PCR products were pooled and purified using 0.6x AMPure (Beckman Coulter, USA) beads according to the manufacturer's instructions. After the cDNA product was fragmented, it was further amplified using the Nextera XT DNA Library Preparation Kit (Illumina, USA).
그 결과 도 1, 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 onepot-seq는 세포와 비드가 특정 표면적 (가령 단일 웰)에 피펫팅되어 특정 위치에서 세포와 비드가 인접하게 위치하게 된다. 세포와 비드의 분포는 용액의 농도를 조절하여 쉽게 조절할 수 있다. 그리고, 이들의 위치를 방해하지 않고, 세포들은 용해액의 확산에 의해 용해되었다. 용해 이후 비드들은 회수되었고 역전사, 엑소뉴클레아제 처리 및 증폭을 수행하였다. As a result, as shown in FIGS. 1 and 2, in the onepot-seq of the present invention, cells and beads are pipetted to a specific surface area (eg, a single well) so that cells and beads are adjacent to each other at a specific location. The distribution of cells and beads can be easily controlled by adjusting the concentration of the solution. And, without disturbing their position, the cells were lysed by diffusion of the lysate. After lysis the beads were recovered and subjected to reverse transcription, exonuclease treatment and amplification.
실험예 1: 본 발명 분석 방법의 유효성 검증Experimental Example 1: Validation of the analysis method of the present invention
실험예 1-1. 혼합 샘플에서 유전체 분석 (도 3)Experimental Example 1-1. Genomic analysis in mixed samples (Fig. 3)
본 발명의 Onepot-seq의 유효성을 인간과 쥐의 혼합 샘플을 구별가능한지를 확인하여 판단하였다.The effectiveness of the Onepot-seq of the present invention was judged by confirming whether the mixed samples of human and mouse could be distinguished.
구체적으로, 실시예 1의 방법을 사용하되 STAR aligner를 사용하여 판독 값을 hg19-mm10 관련 참조로 정렬하고, 바코드를 제거한 후 인간과 마우스 세포의 디지털 발현 매트릭스를 각각 인간과 마우스 정렬 판독 값을 분리하여 얻었다. 각 셀 바코드마다 인간과 마우스의 전사체들의 수를 계산하였고, 500 개 이상의 전사체가 있는 바코드를 세포로 정의하였다. 세포의 바코드 내에서 인간의 전사체 비율이 계산되었고, 인간 전사체의 비율이 0.9보다 큰 세포 바코드는 인간 세포로, 0.1보다 작은 경우 마우스 세포로, 나머지는 혼합된 것으로 정의되었다. 세포 내에서 인간 전사체의 비율과 마우스의 전사체 비율 중 더 큰 것을 세포의 종 순도로 정하였다. 멀티플렛 비율 (multiplet rate)은 전체 세포에서 혼합된 종의 비율로 계산하였고, 세포 수율은 염기서열을 통해 최종적으로 얻은 세포수와 처음 세포수의 비율로 계산되었다. Specifically, using the method of Example 1, align reads to hg19-mm10-related references using a STAR aligner, remove barcodes, and separate human and mouse alignment reads from digital expression matrices of human and mouse cells, respectively got it The number of human and mouse transcripts was calculated for each cell barcode, and a barcode with more than 500 transcripts was defined as a cell. The ratio of human transcripts within the cell's barcodes was calculated, and cell barcodes with a ratio of human transcripts greater than 0.9 were defined as human cells, less than 0.1 as mouse cells, and the rest as mixed. The greater of the ratio of the human transcript in the cell and the ratio of the mouse transcript was determined as the species purity of the cell. The multiplet rate was calculated as the ratio of mixed species in total cells, and the cell yield was calculated as the ratio of the number of cells finally obtained through sequencing to the number of initial cells.
그 결과 도 3에서 확인되는 바와 같이, 12웰 플레이트에서 수행한 1000개의 인간-마우스 혼합 세포 실험에서 137개의 인간 세포, 205개의 마우스 세포 및 멀티플렛 비율 2.0% 인 고품질의 단일세포 분석이 가능함을 확인하였다.As a result, as confirmed in FIG. 3, it was confirmed that high-quality single cell analysis was possible with 137 human cells, 205 mouse cells, and a multiplex ratio of 2.0% in 1000 human-mouse mixed cell experiments performed in a 12-well plate. did
실험예 1-2. Drop-seq 과의 비교 (도 4)Experimental Example 1-2. Comparison with Drop-seq (Fig. 4)
Drop-seq은 DC2.4세포와 Jurkat 세포는 T75 플라스크에 1.0x106 세포/플라스크의 밀도로 시딩하였다. 배양 후 3일 시점에서 DC2.4 세포와 Jurkat 세포를 채취하였다. 세포들은 PBS-BSA로 3회 세척한 뒤 40μm 필터를 통과시키고, 계수하였다. 세포들은 PBS-BSA로 100세포/μl로 희석하고, 비드 농도 1.0x106세포/ml의 농도로 Drop-Seq을 수행하였다. 본 발명의 Onepot-seq과 Drop-seq를 비교하기 위하여 12웰 플레이트에 웰당 1000개의 세포 수로 HEK293T 및 NIH3T3세포를 사용하였다. 인간 세포들 사이의 크기 차이로 인해 마우스 세포들만 사용하였다. For Drop-seq, DC2.4 cells and Jurkat cells were seeded in a T75 flask at a density of 1.0x10 6 cells/flask. At 3 days after culture, DC2.4 cells and Jurkat cells were collected. Cells were washed three times with PBS-BSA, passed through a 40 μm filter, and counted. Cells were diluted to 100 cells/μl with PBS-BSA, and Drop-Seq was performed at a bead concentration of 1.0x10 6 cells/ml. To compare Onepot-seq and Drop-seq of the present invention, HEK293T and NIH3T3 cells were used in a 12-well plate at 1000 cells per well. Only mouse cells were used due to size differences between human cells.
이후 용해, 시퀀싱 등은 전술한 바와 같이 수행하였다. 전사체의 정렬 후 10%의 간격으로 정렬된 읽기에 대해 bam파일이 무작위로 샘플링 되었다. 각 시퀀싱 깊이에서 원본 데이터에서 500 개 이상의 전사체와 세포들 바코드의 평균 원본 시퀀싱 깊이 및 평균 UMI를 얻었다. Subsequent lysis, sequencing, etc. were performed as described above. After alignment of the transcripts, bam files were randomly sampled for aligned reads at intervals of 10%. At each sequencing depth, we obtained the average original sequencing depth and average UMI of more than 500 transcripts and cell barcodes from the original data.
평균 UMI가 서열 깊이에 따라 포화된다고 가정하고, 아래의 방정식을 사용하여 유전자와 UMI의 포화수준을 피팅하고 예측하였다:Assuming that the average UMI saturates with sequence depth, the equation below was used to fit and predict the saturation levels of genes and UMIs:
여기서 x는 서열 깊이, y는 UMI 또는 유전자의 평균 수이며, a, b, 및 c는 피팅 파라미터이다.where x is sequence depth, y is the average number of UMIs or genes, and a, b, and c are fitting parameters.
그 결과 도 4에서 확인되는 바와 같이 하위 샘플링 데이터를 사용한 UMI의 포화 분석은 본 발명의 onepot-seq과 Drop-seq 가 유사한 것을 확인하여 본 발명의 분석 방법이 종래 방법과 유사한 수준의 분석력을 가진 것을 알 수 있다. 구체적으로, 도 4A의 경우 세포 당 전사체의 개수가 Drop-seq과 Onepot-seq이 유사한 수준으로 포착되었고 도 4 B와 같이 하위 샘플링 데이터를 이용한 UMI의 포화 분석을 통해 시퀀싱 뎁스(depth)와 관계 없이 유사한 수준의 분석력을 가진 것을 알 수 있다.As a result, as confirmed in FIG. 4, the saturation analysis of UMI using sub-sampling data confirms that the onepot-seq and the drop-seq of the present invention are similar, indicating that the analysis method of the present invention has a similar level of analytical power to the conventional method. Able to know. Specifically, in the case of FIG. 4A, the number of transcripts per cell was captured at a similar level in Drop-seq and Onepot-seq, and as shown in FIG. It can be seen that they have a similar level of analytical power without
실험예 2: Onepot-Seq 최적화 (용해 시간 및 세포 밀도) (도 5, 6)Experimental Example 2: Onepot-Seq optimization (lysis time and cell density) (Figs. 5 and 6)
본 발명의 분석 방법을 최적화 하기 위해 세포 용해 시간과 세포 밀도의 최적화 조건을 확인하였다. In order to optimize the analysis method of the present invention, optimization conditions for cell lysis time and cell density were confirmed.
구체적으로 전술한 인간과 쥐의 혼합 세포 실험에서 사용한 동일한 양의 HEK293T 및 NIH3T3 세포가 준비되었다. 세포 용해 조건을 확인하기 위해 용해시간을 달리하여 (100초, 5분, 15분, 30분, 60분) 실험하였다. 세포 밀도상태를 확인하기 위해 12개의 웰에 서로 다른 세포 수 (1,000개, 2,000개, 4,000개, 8,000개, 12,000개, 20,000개)로 하여 실험하였다.Specifically, the same amount of HEK293T and NIH3T3 cells used in the above-described human and mouse mixed cell experiment were prepared. In order to confirm cell lysis conditions, experiments were conducted with different lysis times (100 seconds, 5 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 60 minutes). In order to confirm the cell density state, experiments were performed with different cell numbers (1,000, 2,000, 4,000, 8,000, 12,000, 20,000) in 12 wells.
그 결과 도 5에서 확인되는 바와 같이 용해 후 15분이 지난 시점 (900초) 까지는 세포 용해물의 수율이 증가하는 포화수준으로 증가하는 것을 확인하였다. 100초 및 5분 까지의 용해 시간의 누적 곡선에서 상대적으로 낮은 세포 수율과 높은 비포집된 전사체양을 나타내었고, 이는 낮은 수준의 분석 수준을 의미한다. 용해 후 30분이 지난 시점에서 세포 수율은 약간 증가하는 반면 주변 환경으로부터 교차 오염으로 종의 순도는 감소하기 시작하였다. 따라서 세포 수율 및 분석 수준을 극대화 하기 위해서 15분 정도 용해하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. As a result, as confirmed in FIG. 5, it was confirmed that the yield of the cell lysate increased to a saturation level until 15 minutes after dissolution (900 seconds). The cumulative curves of lysis times up to 100 seconds and 5 minutes showed relatively low cell yields and high amounts of unencapsulated transcripts, indicating a low level of analysis. At 30 min after lysis, the cell yield slightly increased, while the purity of the species began to decrease due to cross-contamination from the surrounding environment. Therefore, it can be seen that it is preferable to dissolve for about 15 minutes in order to maximize cell yield and assay level.
또한 도 6에서 확인되는 바와 같이, 두 개 이상의 세포가 비드의 반응 범위에 들어가는 멀티플렛 비율은 세포 밀도의 2차원 평면 및 반응 범위의 유효 포착 반지름의 함수로 나타낼 수 있다. 본 발명의 경우 r=60μm의 곡선에 따르는 것을 확인하였으며, 구체적으로 세포 밀도에 따라 멀티플렛의 비율이 증가하는 것을 알 수 있다.Also, as confirmed in FIG. 6 , the multiplet ratio in which two or more cells enter the bead's response range can be expressed as a function of the two-dimensional plane of cell density and the effective capture radius of the response range. In the case of the present invention, it was confirmed that it follows the curve of r = 60 μm, and specifically, it can be seen that the ratio of multiplets increases according to the cell density.
실험예 3: AMG510 (KRAS G12C inhibitor) 약물섭동실험 (도 7 내지 10)Experimental Example 3: AMG510 (KRAS G12C inhibitor) drug perturbation test (FIGS. 7 to 10)
KRAS (G12C) 억제제에 의해 교란된 세포의 단일세포 발현 분석은 각각 WT, G12C, G12V의 KRAS 유전자 형을 가진 NCI-H3122, NCI-H358 및 SW480을 24시간 배양 후 트립신처리 하였다. 그런 다음 세포를 PBS로 세척하고, 1ml의 배지에 1개의 세포당 1000개의 밀도로 폴리-D-라이신으로 코팅된 웰을 가진 12웰 판에 분주하였다. 세포주당 4개의 웰을 다른 약물 농도에 맞게 시딩하고, 플레이트를 흔들어 세포를 고르게 분포시킨 뒤 37℃에서 8시간 동안 배양하여 부착되도록 하였다. 배양 후 바닥에 부착된 세포들이 유지되도록 하면서 700μl의 배지를 제거하고 다양한 농도의 AMG-510 (Selleckchem, Cat No. S8830)를 함유한 700μl의 배지를 추가하였다. 37℃에서 6시간 약물 처리 후 700μl의 배지를 제거하고 20000개의 비드를 포함하는 700μl 인큐베이션 버퍼를 웰에 추가하였다. 비드는 플레이트를 흔들어 고르게 퍼지도록 하고 안착되도록 15분간 배양하였다. 세포는 용해 용액에 의해 용해되는 등 상기한 onepot-seq방법으로 처리되었다 (도 7). For single cell expression analysis of cells disrupted by KRAS (G12C) inhibitors, NCI-H3122, NCI-H358, and SW480 with KRAS genotypes of WT, G12C, and G12V, respectively, were cultured for 24 hours and then trypsinized. Then, the cells were washed with PBS and seeded in 12-well plates with wells coated with poly-D-lysine at a density of 1000 per cell in 1 ml of medium. Four wells per cell line were seeded according to different drug concentrations, the plate was shaken to evenly distribute the cells, and then incubated at 37° C. for 8 hours to adhere. After culturing, 700 μl of the medium was removed while maintaining the cells attached to the bottom, and 700 μl of the medium containing various concentrations of AMG-510 (Selleckchem, Cat No. S8830) was added. After drug treatment at 37° C. for 6 hours, 700 μl of medium was removed and 700 μl incubation buffer containing 20000 beads was added to the wells. The beads were incubated for 15 minutes to spread evenly by shaking the plate and to settle. Cells were treated by the onepot-seq method described above, such as being lysed with a lysing solution (FIG. 7).
KRAS(G12C) 억제제로 처리된 세포의 경우 Seurat을 이용한 서열 정렬 및 품질 필터링에 이어 최소 1000개 이상의 유전자가 검출된 총 3949개의 단일세포를 확인하였다. 발현 매트릭스를 정규화 하고 확장한 후 2000개의 가변 유전자가 있는 발현 매트릭스를 사용하여 PCA를 실행하여 데이터 세트의 차원성을 줄였다. In the case of cells treated with a KRAS (G12C) inhibitor, a total of 3949 single cells in which at least 1000 genes were detected were identified following sequence alignment and quality filtering using Seurat. After normalizing and scaling the expression matrix, PCA was run using the expression matrix with 2000 variable genes to reduce the dimensionality of the data set.
그런 다음 처음 11개의 PCA 성분을 선택하고, t-SNE (t-distributed stochastic neighbor embedding)를 수행하였다. 세 개의 클러스터가 식별되었고 각 클러스터는 샘플 특징들, 셀 라인별 발현 마커 및 SNP를 기반으로 각 입력 셀 라인에 할당되었다. 각 셀 라인에 대한 발현 마커는 min.pct=0.25 및 logfc.threschold=0.25인 Seurat의 FindAllMarkers 함수로 식별하였다. 표현식 히트맵을 위해 각 세포 라인에 대해 상위 10개 마커의 스케일링된 단일 세포 발현을 사용하였다. 세포 주기 단계의 분류는 Seurat의 CellCycleScoring으로 수행하였다. 각 단일 세포를 세포 주기 표지를 사용하여 G2-M, S 또는 G1 단계로 분류하였다. Then, the first 11 PCA components were selected and t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE) was performed. Three clusters were identified and each cluster was assigned to each input cell line based on sample features, cell line specific expression markers and SNPs. Expression markers for each cell line were identified with Seurat's FindAllMarkers function with min.pct=0.25 and logfc.threschold=0.25. For the expression heatmap, the scaled single cell expression of the top 10 markers for each cell line was used. Classification of cell cycle stages was performed with Seurat's CellCycleScoring. Each single cell was classified into G2-M, S or G1 phase using cell cycle markers.
그 결과 도 8에서 확인되는 바와 같이, 각 셀 라인은 고유한 클러스터에 해당하는 반면, 풀링된 샘플은 세 개의 클러스터로 구성되었다 (도 8 왼쪽). 각 세포주는 각 클러스터 내에서 4개의 AMG-510 처리량에 대해 고유한 분포를 보였으며, AMG510에 의해 억제 효과를 받는 H358는 0uM(약물X)과 0.1/1/10uM(약물O)이 구별되어 약물 농도별로 클러스터를 형성하는 것을 확인하였다 (도 8 오른쪽).As a result, as confirmed in FIG. 8, each cell line corresponds to a unique cluster, whereas the pooled sample consisted of three clusters (Fig. 8 left). Each cell line showed a unique distribution for the four AMG-510 throughputs within each cluster, and for H358, which was inhibited by AMG510, 0uM (drug X) and 0.1/1/10uM (drug O) were differentiated, and drug It was confirmed that clusters were formed by concentration (right side of FIG. 8).
또한, 도 9에서 확인되는 바와 같이, 각 세포주는 AMG-510 처리량과 무관하게 자체 표지를 가진 고유한 발현 패턴을 보였다. 특히, 풀링 샘플의 단일세포는 각 세포 라인에 대한 고유한 발현 서명을 나타내며 풀링 중 단일 세포 정체성의 보존을 보여주었다. In addition, as confirmed in FIG. 9 , each cell line showed a unique expression pattern with its own label regardless of the amount of AMG-510. Notably, single cells from pooled samples showed a unique expression signature for each cell line and showed preservation of single cell identity during pooling.
실험예 4: GSEA 및 Pseudotime analysis에 본 발명을 적용하여 실험한 결과 (도 10)Experimental Example 4: Experimental results by applying the present invention to GSEA and pseudotime analysis (FIG. 10)
실험예 4-1. 유전자 세트 농축 분석 (Gene set enrichment analysis)Experimental Example 4-1. Gene set enrichment analysis
전사적 반응 서명의 유전자 세트 풍부도를 분석하기 위해 "msigdbr"의 R 패키지를 사용하였다.The R package of "msigdbr" was used to analyze the gene set abundance of the transcriptional response signature.
조정된 P<0.05 이고 로그 폴드 변화량 > 0.5를 가진 절대 폴드 변화를 기초로 각 유전자 세트와 50개의 상위 상향 조절 및 하향 조절 유전자 사이의 세트 오버랩을 측정하기 위해 Fisher의 측정방법을 사용하였다. P-값은 우도 비율 테스트 (likelihood-ratio test)를 사용하여 얻었고 분석에 사용된 유전자 세트는 MSigDB v7.2 의 “Hallmark" 및 "Canonical" 유전자 세트 모음의 조합을 사용하였다. 세포주당 AMG-510 치료의 유전자 세트 풍부도 분석의 결과를 얻었다.Fisher's measure was used to determine set overlap between each gene set and the top 50 upregulated and downregulated genes based on absolute fold change with adjusted P<0.05 and log fold change >0.5. The P-value was obtained using a likelihood-ratio test, and the gene set used for the analysis was a combination of the “Hallmark” and “Canonical” gene set collections of MSigDB v7.2. AMG-510 per cell line. The results of gene set enrichment analysis of treatment were obtained.
실험예 4-2. 의사시간 분석 (Pseudotime analysis)Experimental Example 4-2. Pseudotime analysis
H358 세포주에서 KRAS (G12C) 처리의 의사시간 분석을 위해 R 패키지 "Monocle3"을 적용하였다. H358 세포주에 대한 단일 세포 데이터는 Seurat을 사용하여 KRAS (G12C) 억제제 치료 실험의 결과에서 추출하였다. 데이터는 정규화되고 추가 분석 전에 사전 처리되었다. 세포 궤적에 대한 세포 주기에 따른 효과를 제거하기 위해 align_cds 함수를 사용하여 서로 다른 세포 주기 상태의 그룹과 세포를 정렬하였다. 우리는 UMAP 알고리즘으로 차수와 세포 군집을 줄였다. learn_graph 함수를 사용하여 데이터에 주 그래프 (principal graph)를 맞춘 후 처리되지 않은 세포에 가장 가까운 노드를 원점으로 정의하여 궤적을 따라 세포를 정렬하고 각 단일 세포에 대해 의사시간을 분석하였다. 단일 세포 궤적에 걸쳐 다르게 발현된 유전자를 식별하기 위해 다방향 및 다차원 공간 자기 상관관계를 측정하는 Moran's I test를 수행하였다. 0.01 미만의 q값을 가진 유전자가 DEG로 선택되었다. For pseudotime analysis of KRAS (G12C) treatment in H358 cell line, the R package "Monocle3" was applied. Single cell data for the H358 cell line were extracted from the results of KRAS (G12C) inhibitor treatment experiments using Seurat. Data were normalized and pre-processed prior to further analysis. To eliminate cell cycle-dependent effects on cell trajectories, groups of cells with different cell cycle states were aligned using the align_cds function. We reduced the order and cell population with the UMAP algorithm. After fitting a principal graph to the data using the learn_graph function, the node closest to the untreated cell was defined as the origin, the cells were aligned along the trajectory, and the pseudotime was analyzed for each single cell. Moran's I test, which measures multidirectional and multidimensional spatial autocorrelation, was performed to identify differentially expressed genes across single cell trajectories. Genes with q values less than 0.01 were selected as DEGs.
실험예 4-3. 실험결과Experimental Example 4-3. Experiment result
각 세포주의 AMG-510 유도 유전자들의 유전자 풍부도 분석 결과 도 10 A에서 확인되는 바와 같이 KRAS 및 관련된 경로는 감소된 것을 확인하였다.As a result of gene abundance analysis of AMG-510 induced genes in each cell line, as shown in FIG. 10A , it was confirmed that KRAS and related pathways were reduced.
그리고 도 10 B와 같이 KRAS(G12C) 세포주에서 지속적으로 변화하는 유전자 발현 패턴을 포착하기 위해 처리되지 않은 세포에 가장 가까운 노드를 원점으로 정의하여 유사 시간 분석을 수행하고 궤적을 따라 세포를 정렬하였다. And, as shown in FIG. 10B, in order to capture the continuously changing gene expression patterns in the KRAS (G12C) cell line, similar time analysis was performed by defining the node closest to the untreated cell as the origin, and the cells were aligned along the trajectory.
그리고 도 10 C와 같이 단일 세포의 유사 시간은 4가지 용량에서 연속적이기 보다는 치료에 따라 이진법적인 양상을 나타내었다. And, as shown in FIG. 10C, the similar time of single cells showed a binary pattern depending on the treatment rather than continuous at the four doses.
그러나 도 10 D와 같이, 지속적으로 다양한 모듈들이 확인되었고, 이는 각 처리된 시료 내에서 이종의 약물 반응을 나타내는 것을 시사한다. PLAU, DCBLD2, ITGA2와 같이 KRAS에 의해 조절되는 유전자는 유사시간에 걸쳐 하향 조절되었다.However, as shown in Fig. 10D, various modules were consistently identified, suggesting a heterogeneous drug response within each treated sample. Genes regulated by KRAS, such as PLAU, DCBLD2, and ITGA2, were downregulated over time.
이러한 결과들을 통해 본 발명의 Onepot-seq가 유전자 발현에서 약물로 인한 반응과 기본 경로에 의해 영향을 받는 반응을 포착할 수 있음을 보여준다. These results show that the Onepot-seq of the present invention can capture drug-induced responses and responses influenced by basic pathways in gene expression.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to its preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
Claims (7)
2) 상기 버퍼 용액보다 밀도가 낮은 용해 용액을 버퍼 용액 상에 위치하도록 용해 용액을 첨가하는 단계; 및
3) 상기 용해 용액에 의해 용해된 상기 세포 내 전사체가 상기 비드에 포착되는 단계
를 포함하는 단일세포 전사체 분석방법.
1) immobilizing cells and beads in a buffer solution;
2) adding a dissolution solution so that a dissolution solution having a lower density than the buffer solution is positioned on the buffer solution; and
3) Capturing the intracellular transcript dissolved by the lysis solution to the bead
A single cell transcriptome analysis method comprising a.
상기 1) 단계는 버퍼 용액 내에 위치한 비드에 세포를 첨가하는 것인 분석방법.
According to claim 1,
Step 1) is an analysis method in which cells are added to beads located in a buffer solution.
상기 1) 단계의 비드는 세포의 유효반경(Re(effective radius))에 위치하는 것인 분석방법.
According to claim 1,
The analysis method in which the beads of step 1) are located in the effective radius (Re (effective radius)) of the cell.
상기 2)단계의 용해 용액은 버퍼 용액과 혼합되지 않도록 위치시키는 것인 분석방법.
According to claim 1.
The analysis method in which the dissolution solution in step 2) is positioned so as not to be mixed with the buffer solution.
상기 3) 단계의 용해 용액에 의한 용해는 용해 용액의 버퍼 용액 방향으로의 확산에 의한 것인 분석방법.
According to claim 1,
The analysis method in which the dissolution by the dissolution solution in step 3) is by diffusion of the dissolution solution in the direction of the buffer solution.
상기 3) 단계의 용해는 용해 용액 첨가 후 5 내지 30분간 이루어지는 것인 분석방법.
According to claim 1,
The analysis method in which the dissolution in step 3) is performed for 5 to 30 minutes after the addition of the dissolution solution.
상기 3) 단계는 상기 용해 용액에 의해 용해된 상기 세포 내 전사체가 상기 비드에 포착되는 것인 분석방법.According to claim 1.
Step 3) is an analysis method in which the intracellular transcripts dissolved by the lysis solution are captured by the beads.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20210100649 | 2021-07-30 | ||
KR1020210100649 | 2021-07-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230019056A true KR20230019056A (en) | 2023-02-07 |
Family
ID=85253111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220094685A KR20230019056A (en) | 2021-07-30 | 2022-07-29 | single cell RNA-seq analysis in continuous medium without compartmentalization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230019056A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190069456A (en) | 2016-10-01 | 2019-06-19 | 버클리 라잇츠, 인크. | DNA barcode composition and method for in situ identification in microfluidic devices |
-
2022
- 2022-07-29 KR KR1020220094685A patent/KR20230019056A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190069456A (en) | 2016-10-01 | 2019-06-19 | 버클리 라잇츠, 인크. | DNA barcode composition and method for in situ identification in microfluidic devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Matuła et al. | Single‐cell analysis using droplet microfluidics | |
Song et al. | Enrichment and single-cell analysis of circulating tumor cells | |
US11434530B2 (en) | Methods for analyzing genomic variation within cells | |
Olsen et al. | Introduction to single‐cell RNA sequencing | |
Konry et al. | Innovative tools and technology for analysis of single cells and cell–cell interaction | |
Kim et al. | Single-cell RT-PCR in microfluidic droplets with integrated chemical lysis | |
EP2852682B1 (en) | Single-particle analysis of particle populations | |
Rotem et al. | Single-cell ChIP-seq reveals cell subpopulations defined by chromatin state | |
CN107406890B (en) | Methods and compositions for analyzing cellular components | |
Qin et al. | A self‐digitization dielectrophoretic (SD‐DEP) chip for high‐efficiency single‐cell capture, on‐demand compartmentalization, and downstream nucleic acid analysis | |
CN112004920A (en) | System and method for multiple measurements of single cells and aggregated cells | |
Ma et al. | Microfluidics for genome-wide studies involving next generation sequencing | |
US11701656B2 (en) | Multi-droplet capture | |
KR20180126407A (en) | Method and device for a cell encapsulation in a droplet for single cell analysis | |
Park et al. | Microfluidic recapitulation of circulating tumor cell–neutrophil clusters via double spiral channel-induced deterministic encapsulation | |
US20220267764A1 (en) | Methods and systems for rna-seq profiling | |
KR20230019056A (en) | single cell RNA-seq analysis in continuous medium without compartmentalization | |
CN114096679A (en) | Nucleic acid amplification method using solid phase carrier | |
Hatori et al. | Dual‐layered hydrogels allow complete genome recovery with nucleic acid cytometry | |
Bouhedda et al. | μ IVC-Seq: A Method for Ultrahigh-Throughput Development and Functional Characterization of Small RNAs | |
Dhar et al. | Research highlights: microfluidic-enabled single-cell epigenetics | |
US20220389410A1 (en) | Compositions, methods, and systems for single cell barcoding and sequencing | |
WO2023138655A1 (en) | Adjustable droplets distribution | |
WO2022256612A1 (en) | Compositions, methods, and systems for single cell barcoding and sequencing | |
US20230203475A1 (en) | Enhancements to single cell or nucleus next generation sequencing for reducing costs and improving throughput |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal |