Nat Methods:科學家首次實現在單細胞中對基因表達和DNA甲基化同時...

2020-12-01 生物谷

圖片來源：medicalxpress.com

2016年1月13日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登在國際雜誌Nature Methods上的一項研究報告中，來自英國和比利時的研究人員在單一細胞中實現了同時對細胞表觀基因組和轉錄組的研究，而這或可幫助科學家們闡明DNA甲基化改變和基因表達之間的關聯。單細胞測序技術近年來進展非常迅速，而且其也已經被廣泛用於研究不同細胞中基因表達特性的改變；

最新的單細胞測序技術可以幫助科學家們深入剖析DNA的化學性修飾（表觀遺傳組特性），比如DNA甲基化，其是基因表達改變背後的驅動力；截止到目前為止研究者們才有可能同時對單細胞轉錄組和表觀遺傳組進行研究；研究者Oliver Stegle教授說道，這種新型的實驗步驟可以讓我們同時在單細胞中進行DNA甲基化和RNA的分析，本文研究為我們闡明了在特殊單一細胞中DNA甲基化的異質性和基因表達改變之間的關係。

這種新方法將此前開發的DNA和RNA平行測序的技術同單細胞表觀遺傳學技術進行結合，研究結果表明這種新技術可以最大化地對單細胞進行相關的研究；為了檢測這種名為scM&T-seq的新技術，研究小組同時開啟了不同基因表達的狀態，隨後利用小鼠胚胎幹細胞進行研究，在早期階段的胚胎細胞中，細胞的特性是流動性的而並不是固定好的；隨後研究人員平行利用兩種技術，一種揭示了基因表達的相關信息，即突變數量、異質性來自於哪裡；另一種技術對相同細胞的DNA甲基化進行了研究，對於每個細胞而言，研究人員都可以獲得足夠的覆蓋率來研究數千個基因的表觀遺傳學及轉錄組學多樣性。

胚胎幹細胞的表觀遺傳學狀態具有高度可變性，而且這種可變性同基因表達直接相關，研究者看到的很多轉錄變化都被認為是通過DNA的修飾來驅動的，但如今研究者開發的這種新技術就可以幫助其更深入對窺探單細胞了，同時還可以闡明DNA甲基化和基因表達之間的關係。這種統計學方法可以揭示可變的表觀遺傳區域和基因表達之間的多種單一性關聯，從而就為闡明細胞分化的調節過程及多潛能性的維持提供了新的線索和依據。

研究者希望這種新型的研究工具可以為後期同時在多個不同的分子層面上進行研究提供機會，而目前在單細胞中理解基因表達和DNA甲基化之間的關聯，以及鑑別影響這種關聯的特殊因子還需要很長一段路要走，這種研究對於理解胚胎幹細胞的發育，以及開發抵禦機體老化和多種疾病的發生都提供了一定的線索和希望。（生物谷Bioon.com）

 

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Parallel single-cell sequencing links transcriptional and epigenetic heterogeneity

Christof Angermueller, Stephen J Clark, Heather J Lee, Iain C Macaulay, Mabel J Teng, Tim Xiaoming Hu, Felix Krueger, Sébastien A Smallwood, Chris P Ponting, Thierry Voet, Gavin Kelsey, Oliver Stegle & Wolf Reik

We report scM&T-seq, a method for parallel single-cell genome-wide methylome and transcriptome sequencing that allows for the discovery of associations between transcriptional and epigenetic variation. Profiling of 61 mouse embryonic stem cells confirmed known links between DNA methylation and transcription. Notably, the method revealed previously unrecognized associations between heterogeneously methylated distal regulatory elements and transcription of key pluripotency genes.

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