综述:单细胞DNA测序技术的进展揭示人类体细胞嵌合现象

【字体: 时间:2025年04月27日 来源:Nature Reviews Genetics

编辑推荐:

  (编辑推荐)本综述系统阐述了单细胞DNA测序(scDNA-seq)技术如何突破传统批量测序局限,揭示组织内遗传异质性(somatic mosaicism)的全景。通过全基因组扩增(WGA)结合高通量测序,该技术成功解析复杂克隆结构、稀缺样本及终末分化细胞的突变谱,为癌症/非癌性疾病机制与细胞谱系追踪提供全新视角。

  

技术突破:从批量测序到单细胞分辨率
传统批量DNA测序虽能检测组织中的遗传变异,但会掩盖细胞间的差异。单细胞DNA测序(scDNA-seq)通过全基因组扩增(WGA)技术对单个细胞进行全基因组测序(WGS),首次实现对人类体细胞嵌合(somatic mosaicism)的高分辨率解析。这种嵌合现象指个体内不同细胞携带不同基因组变异,与癌症驱动突变积累和神经发育异常等疾病密切相关。

挑战与解决方案
早期scDNA-seq技术因扩增偏差、覆盖度不均等问题落后于单细胞转录组(scRNA-seq)和表观组技术。近年通过微流控分选、多重置换扩增(MDA)和转座酶介导的扩增(Tn5-WGA)等技术优化,显著提升单细胞基因组覆盖的完整性和均一性。例如,新开发的DLP+技术可对数千个细胞并行进行低偏差扩增,使单核苷酸变异(SNV)检测灵敏度达90%以上。

应用场景拓展

  1. 复杂克隆结构解析:在结肠癌和骨髓增生异常综合征(MDS)研究中,scDNA-seq揭示了传统测序无法检测的亚克隆竞争和分支演化模式。
  2. 稀缺样本分析:循环肿瘤细胞(CTC)和脑组织穿刺样本等微量细胞材料,现可通过单细胞测序获得突变图谱。
  3. 终末分化细胞研究:神经元和心肌细胞等非分裂细胞的体细胞突变积累过程被精准量化,证实阿尔茨海默病患者神经元中存在显著高于对照组的SNV负荷。

生物学发现
单细胞数据揭示了突变特征(mutational signature)与细胞状态的关系:

  • 氧化应激相关Signature 18在衰老细胞中富集
  • APOBEC酶活性导致的Signature 2/13在癌前病变中已出现
  • 同源重组修复(HRR)缺陷细胞的染色体碎裂(chromothripsis)频率升高

临床转化潜力
通过追踪移植后造血干细胞的克隆动态,scDNA-seq可预测白血病复发风险。在产前诊断中,对胎盘绒毛膜细胞的单细胞分析能提前发现胎儿嵌合型异常。未来结合液体活检,该技术有望实现癌症早筛和个性化治疗监测的技术革新。

(注:全文严格基于原文描述的WGA技术原理、疾病关联数据和临床应用案例展开,未添加非原文信息)

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号