Platform foR SinglE Cell GenomIcS and Epigenomics (PRECISE)

In den vergangenen 8 Jahren haben neue Technologien der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-Seq) die Wissenschaft in den Bereichen Genomik und Systembiologie revolutioniert.

Bis vor kurzem konnten transkriptomische Daten nur von Multizellproben gewonnen werden. Obgleich die so gewonnenen Erkenntnisse unser Wissen im Bereich Biologie und Gesundheit enorm erweitert haben, stellen derart erhobene Daten immer nur einen Durchschnittswert der Genexpression über mehrere Zellen dar und ignorieren dabei die Beiträge einzelner Zellen und ihrer Interaktionen. Die derzeit stattfindende Entwicklung in Richtung der nächsten Generation transkriptomischer Datenerhebung in Einzelzellauflösung begann mit der Kombination von Einzellzellsortier- und mikrofluidischen Technologien zur Isolation einzelner Zellen mit Verbesserungen und erheblichen Kostenreduktionen im Bereich Aufbereitung und Sequenzierung.

Um die Einführung von Einzelzelltechnologien als Routine im Labor weiter voranzutreiben, wurde PRECISE als Interessenzusammenschluss von DZNE und Uni Bonn ins Leben gerufen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei in der Entwicklung und Anwendung neuer Hochdurchsatz-Einzellzell-Technologien und deren Zurverfügungstellung im Rahmen von internen und externen Kollaborationen.

Neben verschiedenen Multizellsequenziermethoden (stranded RNA-Seq, ATAC-Seq and ChIP-Seq) bietet PRECISE folgende Einzellzelltechnologien an:

  • SMART-Seq2: SMART-Seq2 (Picelli et al., Nature Methods, 2013, Picelli et al., Nature Protocols, 2014) ist die scRNA-Seq Methode mit der derzeit höchsten Sensitivität. Die Methode ermöglicht eine gleichmäßige Detektion über die Gesamtlänge des Transkripts und kann vollständig mit kommerziell erhältlichen Reagenzien durchgeführt werden. SMART-Seq2 ist damit besonders geeignet zur Detektion von Spleißvarianten, Polymorphismen einzelner Nukleotide oder monoallelischer Genexpression. Die Technologie ermöglicht darüber hinaus die Überlagerung von proteomischen und transkriptomischen Daten per Indexsortierung (Paul et al., Cell, 2015).
  • SeqWell: Die SeqWell Methode ermöglicht Hochdurchsatzsequenzierung von mehreren Tausend Zellen pro Experiment (Gierahn et al., Nature Methods, 2017). SeqWell erfasst nur das 3’-Ende jedes Transkripts und ist damit am besten geeignet in der initialen Entdeckungsphase von Experimenten, wenn große Zellzahlen auf bestimmte Eigenschaften geprüft werden, wegen des hohen Durchsatzes und der im Vergleich zu SMART-Seq2 erheblich reduzierten Kosten. Die SeqWell Technologie kombiniert die Vorteile von Nanoliterreaktionsvolumina mit der Einzelzellauftrennung per mikroskopischer Reaktionskammermatrix und Verschluss via semipermeabler Membran.
  • BD Rhapsody: PRECISE ist das Einzige europäische Labor, das als Alpha-Tester dieser kürzlich von BD Genomics vorgestellten Technologie fungiert hat. Rhapsody basiert auf der CytoSeq Methode (Fan et al., Science, 2015) und ermöglicht die 3´-Quantifizierung von (teils) anpassbaren Diagnostik-Panels. Ähnlich wie SeqWell, nutzt auch die Rhapsody-Technologie Nanoliterreaktionskammern, verbindet dies aber mit einem Visualisierungs- und Zellzählsystem. Die Sequenzierkosten sind aufgrund der Fokussierung auf ein Gen-Panel und das 3’-Ende signifikant niedriger als bei SeqWell. Diese Methode ist besonders geeignet, wenn mehrere Tausend bis Zehntausende Zellen reproduzierbar nach vorbestimmten genetischen Eigenschaften untersucht werden sollen.