新技術(shù)！uCoTargetX技術(shù)實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞多組蛋白修飾與轉(zhuǎn)錄并行檢測(cè)

技術(shù)革新是現(xiàn)代生命科學(xué)研究的重要引擎，每一次生物技術(shù)的迭代與更新，都會(huì)給生命科學(xué)領(lǐng)域帶來顛覆性變化。近年來單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)飛速發(fā)展，全球科學(xué)家進(jìn)入了揭示生命奧妙的快車道。單細(xì)胞表觀多組學(xué)技術(shù)是研究細(xì)胞特異性的染色質(zhì)狀態(tài)與基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的重要工具。在單細(xì)胞水平、無偏地對(duì)多維度表觀圖景進(jìn)行高精度解析，成為領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了研究復(fù)雜生命系統(tǒng)細(xì)胞命運(yùn)的表觀調(diào)控機(jī)制，單細(xì)胞多維組蛋白修飾檢測(cè)技術(shù)近兩年開始萌芽，但現(xiàn)有技術(shù)依然存在較大局限性：（1）實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜且依賴特殊試劑、儀器，使其很難在一般生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室推廣使用；（2）同時(shí)捕獲組蛋白修飾數(shù)量有限；（3）單細(xì)胞數(shù)據(jù)質(zhì)量較低且不具備真正意義上的單細(xì)胞多維表觀與轉(zhuǎn)錄組協(xié)同分析。因此，亟待開發(fā)新型簡(jiǎn)單易用、超高通量、高質(zhì)量、高靈敏度的單細(xì)胞多維組蛋白修飾檢測(cè)技術(shù)。

2024年1月3日，北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心何愛彬團(tuán)隊(duì)于 Science Advances期刊發(fā)表了題為“ Single-cell joint profiling of multiple epigenetic proteins and gene transcription”的文章，報(bào)道了一種名為uCoTarget（ultra-high throughput Combined TAgmenting enRichment for multiple epiGEneTic proteins in the same cells）的單細(xì)胞多維表觀檢測(cè)新技術(shù)，能夠在單個(gè)細(xì)胞同時(shí)捕獲高達(dá)5種不同的蛋白質(zhì)-染色質(zhì)互作信息。研究者在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化革新，發(fā)展了uCoTargetX技術(shù)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞多種組蛋白修飾和轉(zhuǎn)錄組的并行檢測(cè)，為深入研究各種生理病理狀態(tài)下細(xì)胞命運(yùn)的表觀調(diào)控提供了強(qiáng)有力的技術(shù)工具。

何愛彬團(tuán)隊(duì)前期已經(jīng)積累了豐富的單細(xì)胞表觀多組學(xué)技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)上述技術(shù)瓶頸，研究者優(yōu)化實(shí)驗(yàn)體系，采取逐步添加帶有特定標(biāo)簽的抗體-PAT-T7復(fù)合物的方案，規(guī)避了其他技術(shù)中共價(jià)交聯(lián)和純化的繁瑣步驟，并且不依賴物種特異的一抗和特殊的微流控設(shè)備，極大提升了uCoTarget技術(shù)的簡(jiǎn)易性和可推廣性（圖1）。研究者首先在K562和Kasumi-1細(xì)胞系中同時(shí)對(duì)多達(dá)5種激活或抑制性組蛋白修飾（H3K27ac、H3K4me3、H3K4me1、H3K36me3和H3K27me3）進(jìn)行檢測(cè)，證明了uCoTarget實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性。為了揭示轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白修飾在造血干祖細(xì)胞產(chǎn)生過程中細(xì)胞命運(yùn)決定的協(xié)同或異步作用，研究者結(jié)合體外分化模型，利用uCoTarget同時(shí)捕獲RUNX1、標(biāo)記活性增強(qiáng)子的組蛋白修飾H3K27ac以及抑制性組蛋白修飾H3K27me3。RUNX1-H3K27ac染色質(zhì)速率（chromatin velocity）和軌跡分析，能在一定程度上預(yù)測(cè)心臟和造血譜系的分化路徑，并提示RUNX1可能先于H3K27ac發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用。進(jìn)一步，研究人員巧妙地將uCoTarget與基于組合標(biāo)簽的轉(zhuǎn)錄組捕獲技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出uCoTargetX，率先實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞全基因組范圍內(nèi)多種蛋白-染色質(zhì)的相互作用和mRNA同時(shí)捕獲。同一細(xì)胞內(nèi)多維度多種類的分子信息，可以真實(shí)準(zhǔn)確地反映多維組蛋白修飾模式如何協(xié)同或拮抗調(diào)控基因表達(dá)，有助于我們?nèi)胬斫馍l(fā)育及基因表達(dá)調(diào)控的多樣性和復(fù)雜性.

北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院已畢業(yè)博士王千昊與中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所熊海清研究員為論文共同**作者。何愛彬教授和熊海清研究員為本文的共同通訊作者。該研究獲得了科技部干細(xì)胞專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委和生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。

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