单细胞技术一次性测量表观遗传状态和基因表达

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，还使科学家能够解析由于测量参数的细胞间多样性而产生的数据分析限制。尽管单细胞测序现已广泛应用，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迄今为止尚不可用。

荷兰Hubrecht发育生物学和干细胞研究所的科学家们现已开发出一种新的实验技术，可以在单个细胞的综合测定中测量全基因组转录和DNA包装。

当DNA不活跃表达时，它会紧密盘绕在组蛋白周围，形成致密的染色质，阻止解码机制访问它。另一方面，当表达时，组蛋白会被化学修饰(翻译后修饰，PTM)，这会松开致密的染色质，并允许RNA聚合酶及其分子随行物进入染色质区域并将其转录成蛋白质。因此，组蛋白PTM和DNA包装构成了调节基因表达的表观遗传状态(不涉及DNA序列变化的遗传变化)。

名为EpiDamID的新方法可定位修饰的组蛋白。它改进了DamID(DNA腺嘌呤甲基转移酶识别)工具包，该工具包可绘制大量细胞中DNA和染色质上蛋白质的结合位点。EpiDamID可用于各种系统和工作流程，包括胚胎发育过程中表观遗传状态和转录的同步单细胞测量。通过利用单链可变片段抗体、工程化染色质读取器结构域和内源染色质结合蛋白的结合特异性，EpiDamID能够靶向不同类型的染色质。

该技术是由Hubrecht研究所Oncode研究员JopKind博士实验室的博士生FrankaRang和KimdeLuca开发的。

该研究结果于2022年4月1日发表在《分子细胞》杂志上，题为“使用EpiDamID对转录组和组蛋白修饰进行单细胞分析”的文章。使用EpiDamID的单细胞分析改进了早期方案，提供了细胞簇中DNA包装的平均测量值。

作者指出：“EpiDamID是研究动态细胞过程中染色质状态的庞大工具箱的新成员。”

EpiDamID可用于确定单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，因为它分析的是单细胞。此外，EpiDamID可以与其他方法(例如显微镜)相结合，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来研究称为Polycomb(H3K27me3)的表观遗传修饰及其与小鼠胚状体中转录的关系。他们确定了几个依赖于Polycomb和独立于Polycomb的分层转录因子网络。研究小组还绘制了早期斑马鱼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染色质中密集的难以接近的区域，脊索是一种圆柱形软骨结构，支撑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在胚胎发育过程中单个细胞中的作用。