WS
William Stephenson
Author with expertise in Comprehensive Integration of Single-Cell Transcriptomic Data
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
12
(75% Open Access)
Cited by:
2,755
h-index:
22
/
i10-index:
36
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
202

Direct detection of RNA modifications and structure using single molecule nanopore sequencing

William Stephenson et al.Jun 1, 2020
ABSTRACT Many methods exist to detect RNA modifications by short-read sequencing, relying on either antibody enrichment of transcripts bearing modified bases or mutational profiling approaches which require conversion to cDNA. Endogenous modifications are present on several major classes of RNA including tRNA, rRNA and mRNA and can modulate diverse biological processes such as genetic recoding, mRNA export and RNA folding. In addition, exogenous modifications can be introduced to RNA molecules to reveal RNA structure and dynamics. Limitations on read length and library size inherent in short-read-based methods dissociate modifications from their native context, preventing single molecule analysis and modification phasing. Here we demonstrate direct RNA nanopore sequencing to detect endogenous and exogenous RNA modifications over long sequence distance at the single molecule level. We demonstrate comprehensive detection of endogenous modifications in E. coli and S. cerevisiae ribosomal RNA (rRNA) using current signal deviations. Notably 2’-O-methyl (Nm) modifications generated a discernible shift in current signal and event level dwell times. We show that dwell times are mediated by the RNA motor protein which sits atop the nanopore. Further, we characterize a recently described small adduct-generating 2’-O-acylation reagent, acetylimidazole (AcIm) for exogenously labeling flexible nucleotides in RNA. Finally, we demonstrate the utility of AcIm for single molecule RNA structural probing using nanopore sequencing. Graphical abstract
202
Citation13
0
Save
17

Single-cell long-read targeted sequencing reveals transcriptional variation in ovarian cancer

Ashley Byrne et al.Jul 19, 2023
Abstract Single-cell RNA sequencing predominantly employs short-read sequencing to characterize cell types, states and dynamics; however, it is inadequate for comprehensive characterization of RNA isoforms. Long-read sequencing technologies enable single-cell RNA isoform detection but are hampered by lower throughput and unintended sequencing of artifacts. Here we developed Single-cell Targeted Isoform Long-Read Sequencing (scTaILoR-seq), a hybridization capture method which targets over a thousand genes of interest, improving the median number of unique transcripts per cell by 29-fold. We used scTaILoR-seq to identify and quantify RNA isoforms from ovarian cancer cell lines and primary tumors, yielding 10,796 single-cell transcriptomes. Using long-read variant calling we revealed associations of expressed single nucleotide variants (SNVs) with alternative transcript structures. In addition, phasing of SNVs across transcripts facilitated measurement of allelic imbalance within distinct cell populations. Overall, scTaILoR-seq is a long-read targeted RNA sequencing method and analytical framework for exploring transcriptional variation at single-cell resolution.
17
Citation2
0
Save
0

Accurate long-read transcript discovery and quantification at single-cell, pseudo-bulk and bulk resolution with Isosceles

Michał Kabza et al.Aug 25, 2024
Accurate detection and quantification of mRNA isoforms from nanopore long-read sequencing remains challenged by technical noise, particularly in single cells. To address this, we introduce Isosceles, a computational toolkit that outperforms other methods in isoform detection sensitivity and quantification accuracy across single-cell, pseudo-bulk and bulk resolution levels, as demonstrated using synthetic and biologically-derived datasets. Here we show Isosceles improves the fidelity of single-cell transcriptome quantification at the isoform-level, and enables flexible downstream analysis. As a case study, we apply Isosceles, uncovering coordinated splicing within and between neuronal differentiation lineages. Isosceles is suitable to be applied in diverse biological systems, facilitating studies of cellular heterogeneity across biomedical research applications. Analysis of nanopore long-read sequencing is challenged by technical noise, particularly in single cells. Here, authors introduce Isosceles, a toolkit for accurate isoform detection, quantification, and flexible downstream analysis of long-read data at single-cell, pseudo-bulk and bulk resolutions.
0
Citation1
0
Save
2

Transcriptional dysregulation and impaired neuronal activity inFMR1knock-out and Fragile X patients’ iPSC-derived models

Gilles Maussion et al.Aug 31, 2023
Abstract The lack of fragile X mental retardation protein (FMRP) protein, due to a repression of the FMR1 gene, causes Fragile X syndrome (FXS), one of the most prevalent forms of syndromic autisms. The FMR1 gene codes for an RNA binding protein involved in the regulation of gene expression through RNA processing, control of local translation, and protein-protein interactions; processes that are crucial for proper brain development. Taking advantage of induced pluripotent stem cells (iPSCs) and CRISPR-Cas9 genome editing technologies, we generated iPSC-derived cortical neural progenitors and cortical neurons from an FMR1 knock-out and patient cell line with the aim of identifying common phenotypes between the two cellular models. Using RNA sequencing, quantitative PCR and multielectrode array approaches, we assessed how the absence of the functional FMR1 gene affects the transcriptional profiles and the activities of iPSC-derived cortical neuronal progenitor cells (NPCs) and neurons with both models. We observed that FMR1 KO and FXS patient cells have a decrease in their mean firing rate; a cellular activity that can also be blocked by tetrodotoxin (TTX) application in wild-type active neurons. Relative to wild-type neurons, in FMR1 KO neurons, increased expression of presynaptic mRNA and transcription factors involved in the forebrain specification and decreased levels of mRNA coding AMPA and NMDA subunits were observed. Intriguingly, 40% of the differentially expressed genes were commonly deregulated between NPCs and differentiating neurons with significant enrichments in FMRP targets and Autism Related Genes found amongst downregulated genes. This implies that an absence of functional FMRP affects transcriptional profiles at the NPC stage, resulting in impaired activity and differentiation of the progenitors into mature neurons over time. These findings from the FMR1 KO lines were also shared with FXS patients’ iPSC-derived cells that also present with an impairment in activity and neuronal differentiation, illustrating the critical role of FMRP protein in neuronal development.
2
Citation1
0
Save
1

PySeq2500: An open source toolkit for repurposing HiSeq 2500 sequencing systems as versatile fluidics and imaging platforms

Kunal Pandit et al.Aug 28, 2021
Abstract Fluorescence microscopy is a key method in the life sciences. State of the art -omics methods combine fluorescence microscopy with complex protocols to visualize tens to thousands of features in each of millions of pixels across samples. These -omics methods require precise control of temperature, reagent application, and image acquisition parameters during iterative chemistry and imaging cycles conducted over the course of days or weeks. Automated execution of such methods enables robust and reproducible data generation. However, few commercial solutions exist for temperature controlled, fluidics coupled fluorescence imaging, and implementation of bespoke instrumentation requires specialized engineering expertise. Here we present PySeq2500, an open source Python code base and flow cell design that converts the Illumina HiSeq 2500 instrument into an open platform for programmable applications. Customizable PySeq2500 protocols enable experimental designs involving simultaneous 4-channel image acquisition, temperature control, reagent exchange, stable positioning, and sample integrity over extended experiments. To demonstrate accessible automation of complex, multi-day workflows, we use the PySeq2500 system for unattended execution of iterative indirect immunofluorescence imaging (4i). Our automated 4i method uses off-the-shelf antibodies over multiple cycles of staining, imaging, and antibody elution to build highly multiplexed maps of cell types and pathological features in mouse and postmortem human spinal cord sections. As demonstrated here, PySeq2500 enables non-specialists to develop and implement state of the art fluidics coupled imaging methods in a widely available benchtop system.
0

Single-Cell RNA-Seq Of Rheumatoid Arthritis Synovial Tissue Using Low Cost Microfluidic Instrumentation

William Stephenson et al.May 22, 2017
Droplet-based single cell RNA-seq has emerged as a powerful technique for massively parallel cellular profiling. While these approaches offer the exciting promise to deconvolute cellular heterogeneity in diseased tissues, the lack of cost-effective, reliable, and user-friendly instrumentation has hindered widespread adoption of droplet microfluidic techniques. To address this, we have developed a microfluidic control instrument that can be easily assembled from 3D printed parts and commercially available components costing approximately $540. We adapted this instrument for massively parallel scRNA-seq and deployed it in a clinical environment to perform single cell transcriptome profiling of disaggregated synovial tissue from a rheumatoid arthritis patient. We sequenced 8,716 single cells from a synovectomy, revealing 16 transcriptomically distinct clusters. These encompass a comprehensive and unbiased characterization of the autoimmune infiltrate, including inflammatory T and NK subsets that contribute to disease biology. Additionally, we identified fibroblast subpopulations that are demarcated via THY1 (CD90) and CD55 expression. Further experiments confirm that these represent synovial fibroblasts residing within the synovial intimal lining and subintimal lining, respectively, each under the influence of differing microenvironments. We envision that this instrument will have broad utility in basic and clinical settings, enabling low-cost and routine application of microfluidic techniques, and in particular single-cell transcriptome profiling.
Load More