2022-04-28

Mol Cell | 单细胞分析转录组和组蛋白修饰细化表达调控研究

图灵基因 图灵基因 2022-04-28 13:44

收录于合集#前沿生物大数据分析

单细胞技术的进步不仅使分析单个细胞中的多个分子家族成为可能，而且还使科学家能够解析由于测量参数的细胞间多样性引起的数据分析的局限性。尽管单细胞测序技术现在已经被广泛使用，但在组合方案中以单细胞分辨率检测表观遗传标记和转录的技术直到现在还没有。

荷兰Hubrecht发育生物学和干细胞研究所的科学家们现在开发了一种新的实验技术，可以在单个细胞的综合分析中测量全基因组转录和DNA包装。

当DNA不活跃表达时，它会紧紧地缠绕在组蛋白周围，形成一个致密的染色质，阻止解码机器访问它。另一方面，当表达时，组蛋白经过化学修饰（翻译后修饰，PTM），这会松开致密的染色质并允许RNA聚合酶及其分子随从进入染色质区域并将其转录成蛋白质。因此，组蛋白PTM和DNA包装构成了调节哪些基因被表达的表观遗传状态（不涉及DNA序列变化的可遗传变化）。

称为EpiDamID的新方法可以定位修饰的组蛋白。它改进了DamID（DNA腺嘌呤甲基转移酶鉴定）工具包，该工具包可以在大量细胞中绘制蛋白质在DNA和染色质上的结合位点。EpiDamID可用于多种系统和工作流程，包括在胚胎发育过程中同时测量表观遗传状态和转录的单细胞。通过利用单链可变片段抗体、工程染色质读取器结构域和内源性染色质结合蛋白的结合特异性，EpiDamID能够针对不同类型的染色质。

这项技术由Hubrecht研究所Oncode研究员Jop Kind博士实验室的博士生Franka Rang和Kim de Luca开发。

该研究结果于近期发表在《Molecular Cell》杂志上的一篇题为“Single-cell profiling of transcriptome and histone modifications with EpiDamID”的文章中。使用EpiDamID进行的单细胞分析改进了早期的协议，该协议提供了细胞簇中DNA包装的平均测量值。

“EpiDamID是研究细胞动态过程中染色质状态的巨大工具箱中的新成员。”作者指出。

EpiDamID可用于确定单个细胞中组蛋白上特定PTM的位置。该方法只需要有限数量的材料即可生成足够的数据，因为它分析的是单个细胞。此外，EpiDamID可以与其他方法（例如显微镜）结合使用，使用多管齐下的方法研究基因表达的调控。

为了测试他们的新方法的应用，研究人员使用EpiDamID研究了名为Polycomb（H3K27me3）的表观遗传修饰及其与小鼠胚胎体转录的关系。他们确定了几个依赖于Polycomb和独立的分层转录因子网络。该团队还绘制了斑马鱼早期胚胎发育中的另一种表观遗传修饰（H3K9me3），并检测到脊索特有的密集排列的染色质难以接近的区域，脊索是一种圆柱形软骨结构，支持所有脊索动物的胚胎体。

在未来的研究中，Kind小组将重点研究PTM在胚胎发育过程中在单个细胞中的作用。