Cell | 高质量&高通量!马赛等开发单细胞测序新技术测定染色质潜力

BioArt 2020-10-24 09:16

责编 | 兮


细胞在分化发育过程受到多种不同层面的调控,其中染色质可及性是导致的基因表达变化的主要原因之一。由于细胞分化是一个动态且不同步的过程,研究这一过程中多变的调控机理变得尤其困难。


2020年10月23日,美国Broad研究所的Aviv Regev团队和哈佛大学Jason Buenrostro团队的马赛博士在Cell上发表题为Chromatin potential identified by shared single cell profiling of RNA and chromatin的研究。该研究建立了一种新的实验技术,SHARE-seq该技术能够实现在单细胞中同时高质量,高通量的检测基因表达和染色质可及性。



在该方法中,染色质中的开放区域先被Tn5标记,RNA再反转录成具有biotin的cDNA。通过多轮的indexing,使得每个单细胞中的RNA和染色质均同时被独特的DNA barcode标记。最后通过链霉素将cDNA和染色质分开,并分别建库测序。该技术在单次实验中可以构建多达一百万个单细胞的文库,而花费仅不到一千美元。在保持检测灵敏度的基础上,该技术大大提高了检测通量,为对复杂系统的大规模测序打下了基础。


为了证实SHARE-seq的通用性,该文章作者测量了四种细胞系,三种小鼠组织样本(肺,脑,皮肤)共84,426个单细胞,均获得了高质量的单细胞数据。作者进一步仔细分析了小鼠皮肤和毛囊发育中的不同细胞类型,并发现RNA水平和染色质可及性均能够用来定义细胞的类型或者状态。但是,二者并非完全一致。比如,在某些高度增殖的细胞中, 细胞周期相关的RNA表达水平明显增高,但是染色质可及性却没有明显的变化。


利用SHARE-seq提供的成对的信息,作者研究了细胞中顺式调控因子的变化情况。有趣的是,顺式调控因子和其对应基因的RNA表达并不同步。更有趣的是,在少数基因有具大量的顺式调控因子,远远高于平均水平。因为,该文章作者将这些特殊染色质区域定义为DORCs (Domains Of Regulatory Chromatin)。从发育上去看,DORCs和基因表达上存在着残差(residuals),染色体打开了,但是基因却还没有表达。这种增强子变化早于RNA变化的现象是lineage-priming存在的重要证据。此外,DORC也可以用于研究转录因子在发育中的变化情况,从而构建转录因子网络。


最后,该文章作者开发出了一种新的计算工具,染色质潜力(chromatin potential)。该方法利用DORCs和RNA的差异来预测细胞的对于发育方向的选择。不同于以往仅依赖于RNA的预测手段,染色质潜力能够大大提前预测的时间。


总而言之,SHARE-seq技术的开发和染色质潜力概念的提出,为单细胞多组学研究提供了一个可以参考的框架结构。



原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.056