首次实现在单细胞中对基因表达和DNA甲基化同时研究

2016-01-13 绿谷生物 Nat Methods
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2016年1月13日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际杂志Nature Methods上的一项研究报告中,来自英国和比利时的研究人员在单一细胞中实现了同时对细胞表观基因组和转录组的研究,而这或可帮助科学家们阐明DNA甲基化改变和基因表达之间的关联。单细胞测序技术近年来进展非常迅速,而且其也已经被广泛用于研究不同细胞中基因表达特性的改变;

最新的单细胞测序技术可以帮助科学家们深入剖析DNA的化学性修饰(表观遗传组特性),比如DNA甲基化,其是基因表达改变背后的驱动力;截止到目前为止研究者们才有可能同时对单细胞转录组和表观遗传组进行研究;研究者Oliver Stegle教授说道,这种新型的实验步骤可以让我们同时在单细胞中进行DNA甲基化和RNA的分析,本文研究为我们阐明了在特殊单一细胞中DNA甲基化的异质性和基因表达改变之间的关系。

这种新方法将此前开发的DNA和RNA平行测序的技术同单细胞表观遗传学技术进行结合,研究结果表明这种新技术可以最大化地对单细胞进行相关的研究;为了检测这种名为scM&T-seq的新技术,研究小组同时开启了不同基因表达的状态,随后利用小鼠胚胎干细胞进行研究,在早期阶段的胚胎细胞中,细胞的特性是流动性的而并不是固定好的;随后研究人员平行利用两种技术,一种揭示了基因表达的相关信息,即突变数量、异质性来自于哪里;另一种技术对相同细胞的DNA甲基化进行了研究,对于每个细胞而言,研究人员都可以获得足够的覆盖率来研究数千个基因的表观遗传学及转录组学多样性。

胚胎干细胞的表观遗传学状态具有高度可变性,而且这种可变性同基因表达直接相关,研究者看到的很多转录变化都被认为是通过DNA的修饰来驱动的,但如今研究者开发的这种新技术就可以帮助其更深入对窥探单细胞了,同时还可以阐明DNA甲基化和基因表达之间的关系。这种统计学方法可以揭示可变的表观遗传区域和基因表达之间的多种单一性关联,从而就为阐明细胞分化的调节过程及多潜能性的维持提供了新的线索和依据。

研究者希望这种新型的研究工具可以为后期同时在多个不同的分子层面上进行研究提供机会,而目前在单细胞中理解基因表达和DNA甲基化之间的关联,以及鉴别影响这种关联的特殊因子还需要很长一段路要走,这种研究对于理解胚胎干细胞的发育,以及开发抵御机体老化和多种疾病的发生都提供了一定的线索和希望。

 

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.