Nature Methods：突破性單細胞表觀基因組與轉錄組分析新技術
日期：2016-01-12 08:56:50
由英國及比利時的研究人員開發出的一種新方法，使得在單細胞中同時研究表觀基因組及轉錄組成為可能。發布在《自然方法》（Nature Methods）上的實驗方案，可幫助科學家們精確描繪出DNA甲基化改變與基因表達之間的關系。
近年來單細胞測序技術發展迅速，被廣泛用于研究細胞間的基因表達譜（轉錄組）差異。近期的一些單細胞實驗方案也使得研究人員能夠探索基因表達改變背后的驅動力——諸如DNA甲基化一類的DNA化學修飾。然而直到現在，都只能夠分別研究單細胞轉錄組和表觀基因組。
EMBL歐洲生物信息學研究所(EMBL-EBI)的Oliver Stegle說：“這一新的實驗方案讓你可以并行分析同一單細胞中的DNA甲基化和RNA。我們的方法提供了有關單細胞DNA甲基化異質性與特定基因表達差異之間關系的首個直觀視圖。”
Wellcome Trust Sanger研究所及比利時天主教魯汶大學的Thierry Voet解釋說：“這種方法結合了我們從前開發的并行DNA與RNA測序實驗方案及單細胞表觀遺傳學的新進展。生成的這種優化的方法最大限度地提高了可從單細胞處獲得的生物信息量。”
為了測試這一稱作為scM&T-seq的方法，該研究小組利用了處于在不同基因表達狀態之間不斷切換的一個時期的小鼠胚胎干細胞(ESCs)。正像在早期胚胎細胞中一樣，這些細胞的身份是易變而非固定的。研究人員并行利用了兩種技術：一種揭示出有關表達的詳細信息（有多少差異，異質性來自何處），一種研究了同一細胞中的DNA甲基化。在每個細胞中，他們獲得了充分的覆蓋度研究數千基因的表觀遺傳和轉錄組多樣性。
Babraham研究所和Wellcome Trust Sanger研究所的Wolf Reik解釋說：“ESCs的表觀遺傳狀態是高度變化的，這種變化與基因表達改變有關聯。人們認為我們看到的大多數轉錄變異性都是由DNA修飾所驅動，但現在我們獲得了一種技術使得我們能夠檢測單細胞，發現以往未知的DNA甲基化與基因表達之間的關系。為了了解發育，闡明這些關系并讓它們恢復正常真的非常重要。”
EMBL-EBI的Christof Angermueller補充說：“我們的統計方法揭示出了可變表觀遺傳區域與基因表達之間成百上千個的關聯。這些關聯可提供有關多能性維持機制及細胞分化調控機制的一些重要見解。”
下一步，研究人員期待這一新實驗方案將為同時研究多個不同的分子層提供新機會。要了解單細胞中基因表達與DNA甲基化之間的關系，及鑒別出影響這種關系的因子，還將有一段很長的路要走。這樣的研究對于了解正常發育，及與衰老和癌癥同時出現的改變具有重要意義。
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