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猎鱼高手
日期:2019年09月27日 16:02     


图1 单细胞ChIP-seq技术-CoBATCH实验设计思路


图2 单细胞ChIP-seq技术-sc-itChIP实验设计思路

  在国家重点研发计划“干细胞及转化”重点专项(批准号:2017YFA0103402)等资助下,北京大学分子医学研究所、北大-清华生命科学联合中心何爱彬课题组近期突破单细胞表观遗传研究的瓶颈,开发了两种具有普适性、操作简单、风格迥异的单细胞ChIP-seq技术,可适应于不同课题研究需要,解析发育与疾病状态下细胞命运决定调控机制。这两项技术分别于2019年8月27日在Molecular Cell和2019年9月3日在Nature Cell Biology在线发表。研究论文题目分别为“CoBATCH for high-throughput single-cell epigenomic profiling”和“Profiling chromatin state by single-cell itChIP-seq”。
  多細胞生物體由具有相同基因組的不同細胞類型組成,在器官組織發育過程中,細胞狀態和細胞命運決定的機制一直是領域普遍關心的問題。無論在發育過程還是疾病狀態下,表觀遺傳因素(不改變DNA序列的情況下卻能引起基因表達變化或表型)在細胞命運決定中起著指導性作用。細胞類型和功能異質性往往通過調控基因表達來實現。目前研究多集中在單細胞轉錄組水平,單細胞水平解析表觀調控機制也鮮有報道,而從單細胞、全基因組範圍研究組蛋白修飾和轉錄因子如何控制細胞譜系發生、命運決定則尚屬空缺。
  技术的革新为解析细胞命运决定的机制带来了新的可能性。染色质免疫共沉淀(ChIP-seq)是研究表观遗传调控的重要技术手段,可以在全基因组范围内捕获DNA-蛋白质的相互作用。但受限于实验原理和仪器设备,ChIP-seq技术在单细胞水平的研究和应用一直进展缓慢,目前还缺乏一种具有普适性、易操作、高质量的单细胞ChIP-seq技术。为解决这一技术难题,该研究组采用不同的实验策略,开发出两种新型单细胞ChIP-seq技术,并将其命名为CoBATCH和sc-itChIP。前者利用融合蛋白PAT(Protein A-Tn5)识别和切割抗体结合的特定基因组区域,并结合组合条形码标记单细胞技术,实现了高通量的单细胞捕获;后者利用Tn5均匀切割基因组,随后用免疫共沉淀富集目的基因组片段。研究者用CoBATCH单细胞技术首次解析了小鼠胚胎10个不同器官(心脏、肝脏、肺、左脑、右脑、后脑、肾脏、皮肤、肌肉和小肠)的内皮细胞谱系发育、分化和功能的异质性。通过整合单细胞itChIP和单细胞转录组数据,研究者揭示了心脏干细胞向心肌和内皮细胞分化过程中细胞类型特异性增强子对细胞命运决定的调控机制。
  新技術引領生命科學的發展,該課題組不僅開發了適合高通量樣品的單細胞ChIP-seq技術——CoBATCH,也開發出單細胞itChIP技術用于捕獲起始量只有幾十個單細胞的樣品,這爲研究稀少細胞樣品例如植入前胚胎等的表觀調控異質性提供了新的技術方法。這兩種單細胞ChIP-seq將爲解決細胞命運決定等最本質的發育生物學問題以及解析複雜的疾病發生過程提供強有力的技術手段。
  北京大學何愛彬研究員爲這兩篇文章的通訊作者。

 

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