Cell | 高質量&高通量！單細胞測序新技術測定染色質潛力

責編 | 兮

細胞在分化發育過程受到多種不同層面的調控，其中染色質可及性是導致的基因表達變化的主要原因之一。由於細胞分化是一個動態且不同步的過程，研究這一過程中多變的調控機理變得尤其困難。

2020年10月23日，美國Broad研究所的Aviv Regev團隊和哈佛大學Jason Buenrostro團隊的馬賽博士在Cell上發表題為Chromatin potential identified by shared single cell profiling of RNA and chromatin的研究。該研究建立了一種新的實驗技術，SHARE-seq。該技術能夠實現在單細胞中同時高質量，高通量的檢測基因表達和染色質可及性。

在該方法中，染色質中的開放區域先被Tn5標記，RNA再反轉錄成具有biotin的cDNA。通過多輪的indexing，使得每個單細胞中的RNA和染色質均同時被獨特的DNA barcode標記。最後通過鏈黴素將cDNA和染色質分開，並分別建庫測序。該技術在單次實驗中可以構建多達一百萬個單細胞的文庫，而花費僅不到一千美元。在保持檢測靈敏度的基礎上，該技術大大提高了檢測通量，為對複雜系統的大規模測序打下了基礎。

為了證實SHARE-seq的通用性，該文章作者測量了四種細胞系，三種小鼠組織樣本（肺，腦，皮膚）共84,426個單細胞，均獲得了高質量的單細胞數據。作者進一步仔細分析了小鼠皮膚和毛囊發育中的不同細胞類型，並發現RNA水平和染色質可及性均能夠用來定義細胞的類型或者狀態。但是，二者並非完全一致。比如，在某些高度增殖的細胞中， 細胞周期相關的RNA表達水平明顯增高，但是染色質可及性卻沒有明顯的變化。

利用SHARE-seq提供的成對的信息，作者研究了細胞中順式調控因子的變化情況。有趣的是，順式調控因子和其對應基因的RNA表達並不同步。更有趣的是，在少數基因有具大量的順式調控因子，遠遠高於平均水平。因為，該文章作者將這些特殊染色質區域定義為DORCs (Domains Of Regulatory Chromatin)。從發育上去看，DORCs和基因表達上存在著殘差（residuals），染色體打開了，但是基因卻還沒有表達。這種增強子變化早於RNA變化的現象是lineage-priming存在的重要證據。此外，DORC也可以用於研究轉錄因子在發育中的變化情況，從而構建轉錄因子網絡。

最後，該文章作者開發出了一種新的計算工具，染色質潛力（chromatin potential）。該方法利用DORCs和RNA的差異來預測細胞的對於發育方向的選擇。不同於以往僅依賴於RNA的預測手段，染色質潛力能夠大大提前預測的時間。

總而言之，SHARE-seq技術的開發和染色質潛力概念的提出，為單細胞多組學研究提供了一個可以參考的框架結構。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.056