#5 Mapping the spatial transcriptomics

NeuroRadio

10000種類以上のmRNAをsubcellular resolutionで解析できそうなSpatial transcriptomicsの手法について、５つの原理に分けて簡単にレビュー。

Show Notes:
1. RNAのcDNAを環状にして増幅、SOLiDでin situ sequencing

• Highly Multiplexed Subcellular RNA Sequencing in Situ...FISSEQ。George Churchラボ。
• Rolling Circle Amplification...環状にした一本鎖DNAテンプレートに対して一方向にポリメラーゼで増幅をかけ、何周もさせることにより、巨大なアンプリコンを作成する手法
• Next Gen SOLiD DNA Sequencing Method Explained...SOLiDの原理説明動画。In Situ Sequencingの文脈で関連があるのは 5:18~。
• Expansion sequencing: Spatially precise in situ transcriptomics in intact biological systems...Boyden+Churchラボ。UntargetedとTargetedの２種類があるが、前者はFISSEQ+ExM。後者は次の原理を利用。
• Expansion microscopy...サンプルを大きくすることにより実効的な解像度を上げる手法

2. Padlock ProbeでｍRNAとDNAバーコードを対応付けてin situ sequencing

• Padlock Probe...末端の配列が、隣接する標的配列を持つオリゴヌクレオチド。標的配列にハイブリダイゼーションすると"ブリッジ"するような形になり、ライゲーションによって環状化できる。
• In situ sequencing for RNA analysis in preserved tissue and cells...Padlock Probeを作ったMats Nillsonたちによるin situ sequencing
• Three-dimensional intact-tissue sequencing of single-cell transcriptional states...DeisserothラボのSTARmap。PadlockやSOLiDについて改良。
• High-Throughput Mapping of Long-Range Neuronal Projection Using In Situ Sequencing...BARseq。Zadorラボ。MAPseqによって既に細胞に発現させているRNAのバーコードをpadlockに取り込み、増幅。内在性のmRNAも一緒に読める。
• MAPseq...ある領域のニューロンをRNAバーコーディングし、投射先の組織からシーケンシングすることによって、個々の細胞の投射パターンを一挙に調べる手法。

3. 最初にhybridizeするプローブにバーコードの組み合わせを持たせ、更にバーコードに対するhybridizationを複数回行う

• Researchat #54...同じく生物学系ポッドキャスト。SeqFISH, MERFISHあたりの技術がわかりやすく解説されている。
• Spatially resolved, highly multiplexed RNA profiling in single cells...MERFISH。Xiaowei Zhuangラボ。
• Transcriptome-scale super-resolved imaging in tissues by RNA seqFISH...seqFISH plus。Long Caiラボ。訂正：分離できるのは60C4個ではなく３×20^(4-1)個。
• smFISH...一つのmRNAに対して何個もハイブリダイズプローブを結合させることによりシグナル増幅を行う手法

4. 座標ごとにバーコードをつけたスライドガラスに組織を貼り付ける

• Visualization and analysis of gene expression in tissue sections by spatial transcriptomics...Spatial Transcriptomics. Frisenラボ。
• Slide-seq...Fei Chen+Macosko。Drop-seqの技術を応用。解像度10 um。

5. mRNA同士の近さをDNAで記録し、距離行列を次元削減

• Researchat #16...DNA microscopy回。
• DNA Microscopy: Optics-free Spatio-genetic Imaging by a Stand-Alone Chemical Reaction...Regev, Zhangラボ。Overhang PCRでmRNAの距離情報をPCR産物として記録。
• A DNA nanoscope via auto-cycling proximity recording...DNA nanoscope。Yinラボ。Auto-cling proximity recordingを利用。
• Nature Reviews drug discoveryによる直近のAviv Regevのインタビュー記事。

その他

• EASI-FISH..,見られるmRNAの数に限りはあるが、300 um厚の切片に適用可能。

Editorial Notes:

• 一般にSpatial Transcriptomicsというと、マイクロダイセクションをベースとしたものや、scRNAseqのデータから座標をcomputationalに推定する、という方法も含みます。今回は１細胞解像度を担保できなさそう、ってことで割愛（宮脇）
• 当初このネタでポッドキャストをキックオフしようかと思っていましたが、直前にresearchatパイセンの#54を発見し、あまりにもコンセプトが被っていてかつわかりやすかったので、神経科学への応用に寄せて寄せて無事お披露目となりました汗(萩原)