类器官培养效应和单细胞测序效应的区分

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最近在系统性总结类器官相关研究，发现2015发表在CELL杂志的-CRC-类器官研究里面居然还有单细胞数据，它不仅仅是类器官应用到肿瘤领域研究的早期代表作，而且也早于单细胞成为科研爆发热点期。
文章标题是：Prospective Derivation of a Living Organoid Biobank of Colorectal Cancer Patients00373-6) ，研究人员利用由癌症患者肿瘤衍生出的三维（3D）类器官，接近复制出了原发肿瘤的一些关键特性。这些“类器官”培养物适用于大规模的药物筛查来检测与药物敏感性相关的一些遗传改变，为采用个体化治疗改善癌症患者的临床结局铺平了道路。

  • 共制备成功了22个orgnoid：

    We successfully generated organoid cultures from 22 of 27 tumor samples. For one, we never observed growth. Four were lost due to bacterial/yeast infection.

  • RNA from 22 organoid tumor samples and 15 paired normal samples was hybridized on Affymetrix Human Gene 2.0 ST arrays. 数据上传到 GEO: GSE64392. 是37个样本

  • single organoid RNA-seq data is GEO: GSE65253. 是108个样本
    单细胞数据主要是体现在一个热图，描述如下：
    (C) Single-organoid transcriptome profiling. mRNA sequencing was performed on single organoids from 9 patients.
    A heatmap of correlations between organoids shows organoids derived from the same patient have similar gene expression profiles. Correlations between organoids derived from the same patient are higher than correlations between organoids from different patients (Pearsons correlation 0.918 ± 0.040 versus 0.785 ± 0.064 respectively),
    这就是关键结论：同一个病人的不同类器官的相似性大于不同病人的类器官。
    indicating that heterogeneity in gene expression between organoids derived from the same patient is smaller than the differences from patient to patient.
    类器官单细胞转录组表达矩阵相关性热图
    这个其实是不好解释的，虽然我能理解作者想传达的观点是，尽管我们把癌症病人的肿瘤组织培养成为了类器官这个研究模型，但是这个模型仍然是比较好的保持这病人的异质性。就是说，并没有因为这个类器官培养过程导致它们统一展现出来一个非常强烈的类器官特性，如果出现类器官这个影响很大的变量，它就会成为第一主成分，不管是主成分图还是上面的热图，都不会出现病人聚类效应。
    但是这个结果，很难说是单细胞的特性，还是类器官培养的特性，众所周知，肿瘤病人的肿瘤单细胞本身就是病人异质性非常强烈的，只有那些正常细胞才有可能因为细胞类型的相同而聚集在一起，跨越病人的异质性。如下图：
    2741594824458_.pic_hd
    图片来源于文章Systematic expression analysis of ligand-receptor pairs reveals important cell-to-cell interactions inside glioma，发表于Cell Communication and Signaling杂志.

    学徒作业

    因为作者上传了单细胞表达矩阵，single organoid RNA-seq data is GEO: GSE65253. 是108个样本。
    image-20200310233933189
    所以，大家可以探索它了，文献里面的表达量热图必须是做一个的啦，然后PCA来一个。
    最后思考一下，如何区分实验的类器官培养效应和单细胞效应呢？

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