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Sci Adv | 北京大学、何爱彬团队开发超高通量单细胞表观多组学技术uCoTarget新技术2024年1月3日，北京大学未来技术学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心何爱彬团队于Science Advances 发 表 了 题 为 Single-cell joint profiling of multiple epigenetic proteins and gene transcription的研究论文，报道了一种新型简单易用、超高通量、高质量、高灵敏度的名为uCoTarget（ultra-high throughput Combined TAgmenting enRichment for multiple epiGEneTic proteins in the same cells）的单细胞多维表观检测新技术，这种方法能够在单个细胞同时捕获高达5种不同的蛋白质-染色质互作信息。研究者在此基础上进一步优化革新，发展了uCoTargetX技术，在国际上率先实现单细胞多种组蛋白修饰和转录组的并行检测，为深入研究各种生理病理状态下细胞命运的表观调控提供了强有力的技术工具。
何爱彬课题组长期致力于单细胞表观多组学新技术研发，前期已建立一系列普适性单细胞ChIP-seq技术（scitChIP、CoBATCH）与单细胞表观多组学技术CoTECH。在当前单细胞多组学技术高速发展的黄金时代，对于在单细胞同时检测多种蛋白质-染色质互作的需求呼之欲出，uCoTarget方法应运而生。研究者不断优化实验体系，采取逐步添加带有特定标签的抗体-PAT-T7复合物的方案，规避了其他技术中共价交联和纯化的繁琐步骤，并且不依赖物种特异的一抗和特殊的微流控设备，极大提升了技术的简易性和可推广性（图1）。
图1 超高通量单细胞表观多组学技术uCoTarget流程图 研究者首先在K562和Kasumi-1细胞系中利用单细胞uCoTarget同时对多达5种激活或抑制性组蛋白修饰（H3K27ac、H3K4me3、H3K4me1、H3K36me3和H3K27me3）进行检测。分析结果表明，uCoTarget捕获到的不同组蛋白修饰信息特征明显，并且每种组蛋白修饰都能够特异性区分不同的细胞类型，证明了uCoTarget实验的真实性、可靠性和稳定性（图2）。
图2 单细胞uCoTarget技术并行检测5种组蛋白修饰 接下来，为了揭示转录因子和组蛋白修饰在造血干祖细胞产生过程中细胞命运决定的协同或异步作用，研究者结合体外分化模型，利用uCoTarget同时捕获RUNX1、标记活性增强子的组蛋白修饰H3K27ac以及抑制性组蛋白修饰H3K27me3。 基于RUNX1-H3K27ac的染色质速率（chromatin velocity）分析，能在一定程度上预测心脏和造血谱系的分化路径。通过分析比较不同表观层面的分子特征，研究者发现在造血谱系分化过程中RUNX1可能先于H3K27ac发挥驱动作用，这些发现为造血细胞命运决定的表观调控机制提供了新的理论依据。 值得注意的是，研究人员进一步在uCotarget的基础上整合了基于组合标签的转录组捕获技术，开发出uCotargetX，率先实现单细胞全基因组范围内多种蛋白-染色质的相互作用和mRNA同时捕获。uCotargetX技术的先进性在于：（1）能够真实准确地反映多维组蛋白修饰模式如何协同或拮抗调控基因表达。（2）可以和其他多组学数据整合分析，以基因表达为桥梁，整合中心法则囊括的DNA、RNA和蛋白质等不同层面信息，有助于我们全面理解生命发育及基因表达调控的多样性和复杂性。 北京大学未来技术学院已毕业博士王千昊与中国医学科学院血液学研究所熊海清研究员为论文共同第一作者。何爱彬教授和熊海清研究员为本文的共同通讯作者。 附：不同单细胞多组蛋白修饰技术特点比较
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