北京大学开发了单细胞水平上准确定义表观遗传状态的新工具

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关键词：

来源：

Nature Methods

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来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41592-024-02453-w

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-10-07

摘要：

2024年10月7日，北京大学汤富酬团队在Nature Methods（IF=36）在线发表题为“scNanoSeq-CUT&Tag: a single-cell long-read CUT&Tag sequencing method for efficient chromatin modification profiling within individual cells”的研究论文，该研究开发了scNanoSeq-CUT&Tag，这是一种简化的单细胞长读切&标签测序方法，用于单个细胞内高效的染色质修饰分析。scNanoSeq-CUT&Tag可以在单细胞分辨率下准确地描述组蛋白标记和转录因子占用模式，并区分不同的细胞类型。scNanoSeq-CUT&Tag有效地绘制等位基因特异性染色质修饰，并允许在单个细胞内分析其邻近区域共占用模式。此外，scNanoSeq-CUT&Tag可以准确地检测人类和小鼠基因组中重复元件的单个拷贝的染色质修饰。总之，该研究证明scNanoSeq-CUT&Tag是一种有价值的单细胞工具，可以有效地分析组蛋白标记和转录因子占用，特别是对于以前研究较少的复杂基因组区域和黑名单基因组区域。在真核细胞中，基因组DNA被包装成染色质，核小体作为其基本亚基。每个核小体包括四种组蛋白(H2A, H2B, H3和H4)，这些组蛋白可以被翻译后修饰以调节核小体的稳定性和染色质相关蛋白的结合。这些组蛋白修饰和染色质结合蛋白共同决定染色质状态，这对发育和许多疾病至关重要。组蛋白修饰的全基因组图谱以及蛋白质-DNA相互作用对于全面了解发育过程和许多疾病背后的转录调控网络至关重要。随着测序技术的发展，染色质免疫沉淀后测序(ChIP-seq)成为组蛋白修饰和DNA结合蛋白全基因组谱分析的“金标准”。然而，传统的ChIP-seq有几个局限性，包括需要大量的输入细胞、高成本、低信噪比和相对较低的读长可映射性。近年来，nano-ChIP、LinDA、iChIP、ULI-NChIP、CUT&RUN、SurfaceChIP-seq、MOWChIP、ACT-seq、ChIL-seq等技术在最小化ChIP-seq输入方面取得了重大突破。scDrop-ChIP是第一个单细胞ChIP-seq技术，于2015年开发，但scDrop-ChIP捕获的信号非常稀疏，每个细胞只有约800个独特的读取，阻碍了其潜在的应用。此外，单细胞多模态染色质修饰方法的出现使得能够同时分析同一细胞中的多个组蛋白修饰，如scMulti-CUT&Tag、MulTI-Tag、nano-CUT&Tag (nano-CT)、NTT-seq和uCoTarget。尽管这些方法性能优异，但它们都是基于下一代测序(NGS)平台，限制了它们在复杂基因组区域的应用，特别是重复元件，这些重复元件占人类基因组的52%。这些基于NGS平台的方法的另一个主要限制是它们无法直接检测同一单个DNA分子上相邻遗传元件上同时存在的相同染色质修饰或DNA结合蛋白，例如附近的启动子和增强子。这些技术只适用于大量样本，限制了它们在异质细胞群体中的应用。为了填补这些空白，作者开发了scNanoSeq-CUT&Tag，这是一种简化的方法，通过将改进的CUT&Tag协议应用于Oxford纳米孔测序平台，用于单个细胞内的全基因组染色质修饰分析。研究人员证明scNanoSeq-CUT&Tag是在单细胞水平上准确定义表观遗传状态(包括组蛋白修饰和转录因子占用)的强大工具。它对于研究以前未被充分开发的重复元件和黑名单基因组区域具有重要价值，具有广阔的应用前景。