- 题目：CGM 第149期: 单细胞谱系追踪解析免疫系统的发育
- 时间：美国中部时间 2021年04月14日（星期三）8PM（北京时间04月15日 星期四 9AM）
- 地点：Zoom and YouTube live stream
- 主讲人：裴唯珂博士于2009年获得华中农业大学生物学学士学位，2012年获得北京师范大学细胞生物学硕士学位，2018年获得德国海德堡大学免疫学博士学位。2018年-2020年在德国癌症研究中心从事博士后研究，2020年至今在美国哈佛医学院/布莱根妇女医院从事博士后研究。裴唯珂博士致力于开发下一代单细胞谱系追踪技术，解析造血与免疫系统的发育与再生，并研究在肿瘤、感染、衰老等胁迫条件下多种免疫细胞的响应和调控机制。同时将与其他生物学实验室紧密合作，探索多种复杂实体器官的发育与再生机制。其研究工作以第一作者发表在 Nature，Cell Stem Cell，以及Nature Protocols等学术期刊上，申请欧盟专利一项；并被Nature Methods 以及 Cell Stem Cell进行专栏点评并被Faculty 1000收录与推荐。裴唯珂博士曾先后获得美国CRI Irvington Postdoctoral Fellowship，Eugene V. Weissman Fellow，中国国家优秀自费留学生奖学金，德国海德堡大学最优等学位(summa cum laude)等学术荣誉。
中文摘要
多细胞生命是从单个细胞开始，通过细胞分裂和分化，最终形成组织分明、井然有序的个体。在这个过程中细胞的发育历史被称为谱系 (lineage)。记录、追踪并绘制细胞发育历史的过程被称为谱系追踪 (lineage tracing) 。近年来科学家通过发展谱系追踪的方法学，深入理解了干细胞驱动的器官再生与稳态，推动了体外迷你器官培养的进步。在癌症领域，谱系追踪揭示了肿瘤细胞的起源和克隆演化，提供了靶向肿瘤干细胞的新型肿瘤治疗策略。但由于传统的谱系追踪工具缺乏足够高的分辨率，解析谱系组成复杂且高度动态的复杂系统（如血液与免疫系统）仍有很大挑战。
为解决这一挑战，裴唯珂博士及同事开发了细胞内源DNA条形码 (barcode) 技术——Polylox。该技术基于Cre重组酶的随机重组原理，可在体内产生超过100万种序列随机的重组产物——即Polylox条形码。通过单分子DNA测序追踪条形码在体内的流向，即可实现高分辨率重建复细胞发育轨迹。应用Polylox条形码技术解析了造血干细胞发育命运的异质性并绘制了首张自然状态下的小鼠血液和免疫细胞的高分辨率发育图谱。
然而Polylox条形码技术虽可以揭示细胞的发育命运，但无法回答细胞命运决定背后的分子机制。近年来高速发展的单细胞组学技术可以提供基因表达的“快照”，为发育生物学的研究翻开了崭新的一页。但是单细胞测序技术缺乏细胞谱系（祖代细胞-子代细胞关系）信息，因此单时间点的单细胞转录组数据尚不足以揭示细胞在连续时间轴上的发育命运。为双管齐下同时解析细胞命运和基因表达，裴唯珂博士及同事开发了内源RNA条形码工具——PolyloxExpress。该工具通过单细胞测序技术捕获单个细胞的转录组，并利用RNA条形码的流向确定每个细胞的发育命运，实现了在单细胞水平整合细胞谱系信息与基因表达信息。应用该新工具对小鼠造血干细胞进行单细胞谱系追踪，鉴定了不同发育命运的造血干细胞的候选生物标记以及潜在的细胞命运决定的调控基因。
通过结合现存的庞大Cre小鼠品系，PolyloxExpress是可以用于对所有器官组织、以及从胚胎发育到个体衰老的所有发育阶段进行细胞命运与谱系研究的平台型工具。比如，肿瘤生物学家可以通过条形码标记原发肿瘤，追踪肿瘤细胞的细胞竞争和克隆演化，并解析不同肿瘤克隆对药物响应的分子机制。神经生物学家可以用条形码标记大脑并探索不同起源的神经细胞对神经炎症等应激条件的响应。本次报告将深入讨论单细胞谱系追踪技术在多种多细胞系统中的应用。
参考文献
Pei W*, Feyerabend TB*, Rössler J, Wang X, Postrach D, Busch K, Rode I, Klapproth K, Dietlein N, Quedenau C, Chen W, Sauer S, Wolf S, Höfer T, Rodewald HR. Polylox barcoding reveals haematopoietic stem cell fates realized in vivo. Nature. 2017; 548: 456-460.
Pei W*, Wang X*, Rössler J*, Feyerabend TB, Höfer T, Rodewald HR. Using Cre-recombinase-driven Polylox barcoding for in vivo fate mapping in mice. Nature Protocols. 2019; 14: 1820-1840.
Pei W*, Shang F*, Wang X*, Fanti AK, Greco A, Busch K, Klapproth K, Qin Zhang, Quedenau C, Sauer S, Feyerabend TB, Höfer T, Rodewald HR. Resolving fates and single-cell transcriptomes of hematopoietic stem cell clones by PolyloxExpress barcoding. Cell Stem Cell. 2020; 27: 383-395. (Cover Article)