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小孩子才做选择，我全都要 | uCoTargetX技术: 一次实验同时检测5种组蛋白修饰和RNA-seq不知道大家有没有思考过一个问题：有没有一种技术，能够同时检测多种表观修饰和基因表达水平？今天，他来了！ 组蛋白修饰和转录因子通过塑造表观基因组决定基因转录和细胞命运的特异性。尽管单细胞转座酶可及染色质检测中的染色质可及性与高通量测序(ATAC-seq) 数据提供了推断异质细胞群内潜在 TF结合的独特机会 [1]，但迄今为止，还无法实现在同一单细胞中直接检测TF 结合和多种组蛋白修饰。目前，已被开发并广泛采用的单细胞表观修饰技术大多是基于pA/G-Tn5转座酶检测组蛋白修饰和TF结合位点 。基于此策略，何爱彬组（ coBATch）及其他课题组（ cuT&Tag， AcT-seq，scCuT&Tag， Paired-seq, sortChIC） 开发出一系列可同时检测单细胞中的单一表观基因组模式和转录组的双组学方法 [2-9] 。 最近的表 的scMulti-CUT&Tag 、 MulTI-Tag 、 nanoCUT&Tag (nano-CT) 以及纳米抗体 -转 座测序 (NTT-seq）等技术已经实现了单细胞多模态染色质分析方法 [4-9] ， 这些方法能够同时分析单个细胞内的多个组蛋 白修饰 。然而， scMultiCUT&Tag 中每个细胞有数百个读数，抑制性组蛋白标记 H3K27me3 中每个细胞有多达3568 个读数，而 MulTI-Tag中其他活性组蛋白标记的每个细胞有数百个读数，限制了在复杂生物环境中的潜在应用。在单链纳米抗体与Tn5融合的基础上，NTT-seq和nano-CT都产生了更高的灵敏度；然而，它们的能力仅限于同时最多进行三种组蛋白修饰，其中抗体应在不同的宿主物种中产生。此外，这些技术并不适用于分析具有组蛋白修饰的 TF结合，也不能用于分析它们在单细胞中控制的表观遗传蛋白和转录组 。 来自北京大学 - 清华大学生命科学联合中心的何爱彬课题组在 Science Advances 上发表题为 ：Single-cell joint profiling of multiple epigenetic proteins and gene transcription 的文章，作者开发了uCoTarget 技术 （ Combined TAgmenting enRichment for multiple epiGEneTic proteins in the same cells）， 该技术利用split & pool条形码策略可实现多种表观修饰蛋白的超高通量单细胞联合分析 。
技术方案设计：将针对不同组蛋白修饰或TF的特异性抗体与带有T7条形码接头 (PAT-T7)的预组装pA–Tn5一起孵育 。将抗体-PAT-T7复合物引导至轻微固定的染色质位点进行标记，并使用相应的T7条形码辨别抗体/靶蛋白组合，并在数据处理中进行解析。通过引入带有二抗的 PAT-T5复合物 ，促进在富含所测定的表观遗传蛋白的位点上进一步标记。
通过对灵敏度和多模态分辨率的广泛优化，作者证明 uCoTarget 能够同时检测来自 19,860 个单细胞中的五种组蛋白修饰 （ H3K27ac 、 H3K4me3 、 H3K4me1 、 H3K36me3 和H3K27me3 ）。应用 uCoTarget 从人胚胎干细胞体外生成造血干细胞 / 祖细胞 (HSPC) ， 在26,418 个单细胞中呈现多模式表观基因组图谱 。 uCoTarget 揭示了 HSPC 增强子 (H3K27ac)和启动子 (H3K4me3) 配对的建立以及 RUNX1 接合启动，以沿着HSPC 路径激活H3K27ac。
基于此技术，作者进一步开发了uCoTarget 技术的拓展技术-uCoTargetX技术，该技术同 时 检 测转录组和多种表观修饰水平 。
此方法存在的局限性：首先，由于数据稀疏，当前的单细胞表观基因组和多模式方法还远未成熟 。分子生物学优化有望进一步提高 uCoTarget 和 uCoTargetX 的灵敏度；其次，表观遗传标记相对丰度和抗体效 率的差异可能会导致单细胞内检测到的读数计数发生变化，从而导致测序读数可能由少数标记主导 。 总之，该技术能够实现通用的、多功能的多模式图谱，用于重建全面的表观基因组和转录组景观并分析单细胞水平的调控相互作用 。展望未来， 单细胞基因组-表观基因组-转录组-蛋白质组景观的更高维度重建 将为细胞命运规范的调控机制提供更多见解 。uCoTargetX 具有应用于构建人类细胞图谱的潜力，并揭示人类疾病中失调的细胞谱系的公正表观遗传原理。 |
