$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
זרימת עבודה זו תוכננה להנחות את העיבוד של דגימות IMAT אנושיות קפואות כדי להשיג פרופילי ביטוי גנים ברזולוציית גרעינים יחידים, המאפשרים זיהוי סוג תא. כאן מוצג מדגם IMAT מייצג אחד ממשתתף במחקר SOMMA.
הצעד הראשון של כל ניתוח של נתוני snRNA-seq הוא להעריך את איכות הנתונים כדי לזהות גרעינים באיכות ירודה, אשר יש להסיר פוטנציאלית ממערך הנתונים. חשוב לציין, שלבי הסינון וערכי הסף צריכים להיקבע עבור סוג המדגם ומערך הנתונים הספציפיים שיש לך ביד, מכיוון שהמדדים המוערכים בדרך כלל יכולים להיות שונים בין רקמות וסוגי תאים22,23. איור 4A מספק חזותיים של כמה ממדדי המפתח המשמשים להערכת האיכות של נתוני snRNA-seq שנוצרו. מספר הגנים המתגלים בכל גרעינים תלוי בעומק הריצוף ובסוג התא, אך צפוי להיות מעל 200 עבור גרעינים באיכות טובה18,23. נמצא כי הנתונים המופקים באמצעות פרוטוקול זה נמצאים בטווח הצפוי עם חציון של 1134 גנים לגרעינים, מתוך סך של 4662 גרעינים.
אחוז הקריאות במיטוכונדריה מוערך מכיוון שרמה גבוהה של זיהום מיטוכונדריאלי יכולה לנבוע מגרעינים פגומים או RNA סביבתי המתחברים לגרעינים, מה שמצביע על גרעינים באיכות ירודה. במערך הנתונים המוצג כאן, נמצא אחוז קריאה מיטוכונדריאלי חציוני של 2.65, שהוא הרבה מתחת לסף 5%-20% הנפוץ בספרות 24,25,26. אחוז הקריאות הריבוזומליות שונה בין סוגי תאים ורקמות. עם זאת, מכיוון שחלק גדול מהגנים הריבוזומליים יכולים להשפיע על קיבוץ הנתונים, מומלץ לבדוק את אחוז הקריאה הריבוזומלית ואולי להסיר גנים ריבוזומליים או גרעינים עם רמות גבוהות של גנים ריבוזומליים ממערך הנתונים לפני האשכולות. הנתונים שנוצרו עם פרוטוקול זה הראו רמה נמוכה של קריאות ריבוזומליות עם חציון של 2.46% ומקסימום של 16.5%, ולכן לא סיננו על סמך מדד זה. לבסוף, ציון סיבוכיות התא חושב בהתבסס על יומן(10) מספר הגנים שזוהו חלקי מספר הלוגים(10) של הקריאות שזוהו. גרעינים באיכות טובה צפויים להיות מעל 0.8, וחציון של 0.92 התקבל במדגם ששימש במחקר זה. בהתבסס על מדדי QC אלה, ניתן להחליט אילו גרעינים לסנן מתוך מערך הנתונים. לצורך הניתוח, בחרנו לסנן גרעינים עם פחות מ-200 או יותר מ-10,000 גנים לכל גרעינים, יותר מ-10% קריאות מיטוכונדריאליות וציון מורכבות נמוך מ-0.8.
לאחר שלב הערכת האיכות והסינון הראשוני, ניתן ליצור UMAP כדי להמחיש קיבוץ אשכולות של הגרעינים. האשכולות בוצעו על בסיס 2000 הגנים המשתנים ביותר באמצעות טרנספורמציית SCT. ניתן להשתמש בשלבי האשכולות הראשוניים כדי לבדוק אם אחת מתכונות ה-QC מתקבצת יחד, למשל, גרעינים עם קריאות מיטוכונדריאליות גבוהות. יתר על כן, מידע אשכולות נדרש עבור כמה שיטות זיהוי כפול, כולל DoubletFinder20, אשר שימש בפרוטוקול זה. נעשה שימוש ב-DoubletFinder עם שיעור מכפיל צפוי שנקבע ל-4.8% כפי שהציעו ספקי הפלטפורמה מבוססת הטיפות. לאחר הסרה כפולה, הוערכה רמת זיהום ה-RNA הסביבתי, תופעה שכיחה במיוחד בתכשירים של גרעינים בודדים, שכן ה-RNA משתחרר מהציטופלסמה עם ליזה התא ומוזרם לתוך ג'ל חרוזים בתחליב (GEMs) ומוגבר בשלבי הכנת הספרייה הבאים. לפיכך, פותחו מספר כלים לתיקון הבעיה האינהרנטית של זיהום RNA סביבתי (ראה טבלה 3). השתמשנו בחבילת R decontX21, שבה מטריצת הרקע הגולמי (הכוללת רק טיפות ריקות) משמשת להתאמת מטריצת ביטוי הגנים, ובכך משפרת את חתימת ביטוי הגנים האמיתית.
ההתקבצות והיכולת לזהות סוגי תאים בשפע נמוך תלויים במספר הגרעינים. מחקר זה זיהה את כל סוגי התאים העיקריים הצפויים ב-IMAT (איור 4B) מתוך סך של 3817 גרעינים לאחר סינון QC, הסרה כפולה והתאמת רנ"א סביבתי. אלה כללו תאי גזע, אבות פיברו-אדיפוגניים (FAPs) ואדיפוציטים בוגרים, כמו גם פריציטים, תאי שריר חלק, תאי חיסון, תאי אב שריר ומיונוצלי מזיהום תאי שריר השלד.
בסך הכל, הוכחנו כי פרוטוקול זה מייצר נתוני גרעינים בודדים ברזולוציה גבוהה המאפשרים זיהוי של ביאור סוג התא החשוב לפענוח הביולוגיה והמקורות התאיים של IMAT.

איור 4: הערכת איכות, קיבוץ באשכולות וביאור סוג תא של נתוני ריצוף. (A) תרשימי כינור של מדדים חיוניים להערכת ביצועי הדגימה והריצוף, כולל מספר הגנים שזוהו לכל גרעינים, אחוז הקריאות במיטוכונדריה, אחוז הקריאות הריבוזומליות ומורכבות התא שנמדדה כמספר הלוגים(10) של הגנים שזוהו חלקי מספר הקריאות log(10) שזוהו. ערכי החציון עבור כל מדד ניתנים בתיבות סגורות. סה"כ גרעינים: 4662. (B) UMAP המציג אשכולות של גרעינים בודדים ו- DotPlot המתאים המציג ביטוי גנים יחסי של גנים סמן מסוג תא עבור כל אשכול לאחר סינון. מספר גרעינים: 3817. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים 1: הקוד לניתוח QC ואשכולות. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.