細胞命運或狀態由多維度染色質修飾景圖及其調控基因表達譜決定。雖然各類組蛋白修飾、轉錄因子結合等表觀因子調控的機制與結果各異，卻協同決定了基因的選擇性表達。全局性的研究多維度的表觀因子相互作用有助于理解生命發育基因表達調控的機制和細胞命運的決定，以及疾病發生過程基因表達異常的原因，為疾病的治療提供理論基礎。雖然目前已有多種能在單細胞水平上高精度解析單一表觀修飾

細胞命運或狀態由多維度染色質修飾景圖及其調控基因表達譜決定。雖然各類組蛋白修飾、轉錄因子結合等表觀因子調控的機制與結果各異，卻協同決定了基因的選擇性表達。全局性的研究多維度的表觀因子相互作用有助于理解生命發育基因表達調控的機制和細胞命運的決定，以及疾病發生過程基因表達異常的原因，為疾病的治療提供理論基礎。雖然目前已有多種能在單細胞水平上高精度解析單一表觀修飾的實驗方法，但是用現有技術獲得的數據很難準確地整合成高維度的全表觀組圖景。因此，開發新的高質量、高通量且具有普適性的單細胞多組學技術對于深入研究上述科學問題至關重要。

2021年5月6日，北京大學分子醫學研究所，北京大學-清華大學生命科學聯合中心研究員何愛彬研究組在Nature Methods雜志在線發表題為“Single-cell joint detection of chromatin occupancy and transcriptome enables higher-dimensional epigenomic reconstructions”的研究論文，報道了一種新型高通量和高質量的名為CoTECH（combined assay of transcriptome and enriched chromatin binding）的單細胞雙組學技術，這個方法能夠同時在單個細胞中捕獲蛋白質-染色質互作和基因表達信息。

CoTECH方法是在何愛彬課題組早期開發的單細胞ChIP-seq方法CoBATCH1的基礎上，巧妙地結合了優化后的單細胞RNA-seq技術，實現在單個細胞中，同時捕獲特定的組蛋白修飾或者轉錄因子結合以及轉錄組（圖1）。此外，由于該方法沿用了組合標簽策略，使得CoTECH技術具有普適性，即不借助復雜儀器及不需要構建轉基因模型的情況下高通量、高精度地獲得單細胞雙組學數據。

為了達到重構高維度表觀組圖景的目的，作者利用CoTECH捕獲的雙組學數據，提出了新的分析框架和策略：在多批次實驗（捕獲不同的組蛋白修飾）的數據中，利用各自的轉錄組數據對單細胞進行分群，并將轉錄組非常相似的來自多個單細胞數據進行合并，獲得具有轉錄組以及多種組蛋白修飾信息的“pseudosingle cells”（圖2）。通過此方法，在整合多批次實驗的數據之后，研究者可以獲得擁有多種不同類型的組蛋白修飾、轉錄因子結合以及基因表達情況的“pseudosingle cell”數據。除此之外，利用此分析策略還可將CoTECH數據與其他類似的多組學數據，如解析轉錄組與染色質可及性的sci-CAR2、SNARE-seq3等，解析轉錄組與DNA甲基化的scM&T-seq4等方法獲得的數據進行整合，以達到重構更高維度的單細胞表觀組全景。

利用CoTECH技術，作者在小鼠胚胎干細胞中解析了二價染色質區域（bivalentchromatindomain）與基因表達的聯系，結合“pseudosingle cells”策略解析隨擬時序發展中二價染色質評分與H3K4me3/H3K27me3及基因表達的動態關系。此外，作者還在利用coTECH解析小鼠胚胎兩波生血事件中細胞命運決定的偏向。通過對小鼠胚胎主動脈-性腺-中腎（aorta-gonad-mesonephros，AGM）區域以及卵黃囊（yolk-sac）區域的內皮細胞用coTECH同時捕獲轉錄組以及標記激活型增強子的組蛋白H3K27ac修飾，識別出在這兩次生血過程的內皮-生血細胞轉變（EHT）事件中，兩方增強子使用的偏好，從而一定程度解釋二者的細胞命運產生差異的原因。(生物谷Bioon.com）

小編推薦會議 2021 （第四屆）單細胞多組學研究與臨床應用峰會

http://meeting.bioon.com/2021SC