科學(xué)家們現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種同時(shí)分析數(shù)千個(gè)單細(xì)胞中每個(gè)細(xì)胞的表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組的分析方法。表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組是分子生物學(xué)的一部分，將遺傳藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為活細(xì)胞的工具和材料。

不同類型細(xì)胞的基因組可能是相同的，而它們的表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組則不是。表觀基因組由一組標(biāo)記組成，這些標(biāo)記形成每個(gè)細(xì)胞基因組的功能，而轉(zhuǎn)錄組則是指令本身的一組副本。這些編碼蛋白質(zhì)的生產(chǎn)。從遺傳計(jì)劃到蛋白質(zhì)制造的信息流動(dòng)對(duì)于形成和維持生命至關(guān)重要。

在RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，細(xì)胞只能進(jìn)入染色質(zhì)包裝的雙鏈基因組的某些部分。由于這種通路在不同細(xì)胞類型之間存在差異，因此染色質(zhì)可及性有助于確定多細(xì)胞生物體中多種細(xì)胞的形狀，功能和多樣性。

研究人員將他們的化驗(yàn)稱為sci-CAR。Sci代表單細(xì)胞組合索引，這是一種研究大量單細(xì)胞的方法。在8月30日的“科學(xué)”雜志的一份研究報(bào)告中，科學(xué)家們描述了新的測(cè)定法如何將兩種其他基因組測(cè)定法合并為一種方案。

這些測(cè)定在其他特征中包含用于細(xì)胞核或細(xì)胞核的核酸含量的獨(dú)特條形碼，其包含活細(xì)胞的主要控制中心。科學(xué)家對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記和分選的方法可以將信使RNA與單個(gè)細(xì)胞的染色質(zhì)可及性譜聯(lián)系起來(lái)。

科學(xué)家指出，大多數(shù)在單細(xì)胞內(nèi)發(fā)生遺傳的檢測(cè)只能調(diào)查細(xì)胞生物學(xué)的一個(gè)方面。例如，同時(shí)研究幾類分子的能力可以揭示某些遺傳機(jī)制如何相關(guān)和受到調(diào)節(jié)。

它還可以改善復(fù)雜生物細(xì)胞圖譜的有用性，如蠕蟲(chóng)或小鼠的細(xì)胞圖譜。最終，它可能有助于編譯人類細(xì)胞圖譜。

這種新方法是由西雅圖Brotman Baty精密醫(yī)學(xué)研究所，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院基因組科學(xué)系，俄勒岡健康科學(xué)大學(xué)，Illumina，Inc。，加利福尼亞，Allen發(fā)現(xiàn)細(xì)胞譜系追蹤中心的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的，和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所。

該研究的第一作者是Junyue Cao，他是華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子與細(xì)胞生物學(xué)課程和基因組科學(xué)的研究生。該研究由Jay Shendure和Cole Trapnell領(lǐng)導(dǎo)。兩人都是威斯康星大學(xué)醫(yī)學(xué)院基因組科學(xué)系的教員和Brotman Baty研究所的研究員，Shendure是該研究所的主任。

研究人員首先在肺癌來(lái)源的皮質(zhì)醇反應(yīng)細(xì)胞培養(yǎng)模型中對(duì)4,800多個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了聯(lián)合檢測(cè)。在該模型中，細(xì)胞用皮質(zhì)類固醇地塞米松治療。這種合成類固醇可激活基因組上數(shù)千個(gè)位點(diǎn)的結(jié)合并改變數(shù)百個(gè)基因的表達(dá)。

然后，科學(xué)家們研究了地塞米松對(duì)基因表達(dá)的影響的時(shí)間過(guò)程，以及相同細(xì)胞中染色質(zhì)可及性的動(dòng)態(tài)變化。

在相關(guān)工作中，研究人員試圖研究基因控制領(lǐng)域，這是在哺乳動(dòng)物腎臟中不同類型細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的信使RNA集合的基礎(chǔ)。

在將它們的共同測(cè)定應(yīng)用于來(lái)自全小鼠腎的細(xì)胞核時(shí)，他們從11,296個(gè)細(xì)胞中恢復(fù)了轉(zhuǎn)錄組和染色質(zhì)可及性譜。他們將他們的小鼠腎細(xì)胞聚集成14組，并表征細(xì)胞類型特異性表觀基因組景觀和相關(guān)的轉(zhuǎn)錄組特征。

基于表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組之間的協(xié)方差，研究人員還了解到它們可以在遠(yuǎn)距離基因組調(diào)控元件和它們的靶基因之間建立聯(lián)系，以解釋各種細(xì)胞類型中基因表達(dá)的一些差異。

展望未來(lái)，聯(lián)合檢測(cè)明顯優(yōu)于僅分析RNA轉(zhuǎn)錄或DNA可及性的分析。sci-CAR的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)特別是該方法可以潛在地用于聯(lián)合分析數(shù)百萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞。

其局限性之一是一些染色質(zhì)可及性數(shù)據(jù)的稀疏性。研究人員建議，通過(guò)優(yōu)化當(dāng)前協(xié)議的某些方面，可以在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中克服這一點(diǎn)。

研究人員希望繼續(xù)結(jié)合其他聯(lián)合分析，以便分子生物學(xué)家能夠同時(shí)追蹤從DNA到RNA的遺傳信息流，以及復(fù)雜生物中可能存在的許多單細(xì)胞中的特定蛋白質(zhì)。