技術革新是現代生命科學研究的重要引擎，每一次生物技術的迭代與更新，都會給生命科學領域帶來顛覆性變化。近年來單細胞測序技術飛速發展，全球科學家進入了揭示生命奧妙的快車道。單細胞表觀多組學技術是研究細胞特異性的染色質狀態與基因表達調控機製的重要工具。在單細胞水平、無偏地對多維度表觀圖景進行高精度解析，成為領域內關註的焦點。為了研究復雜生命系統細胞命運的表觀調控機製，單細胞多維組蛋白修飾檢測技術近兩年開始萌芽【1—5】，但現有技術依然存在較大局限性：（1）實驗步驟復雜且依賴特殊試劑、儀器，使其很難在一般生物醫學實驗室推廣使用；（2）同時捕獲組蛋白修飾數量有限；（3）單細胞數據質量較低且不具備真正意義上的單細胞多維表觀與轉錄組協同分析。因此，亟待開發新型簡單易用、超高通量、高質量、高靈敏度的單細胞多維組蛋白修飾檢測技術。

2024年1月3日，意昂3体育官网未來技術學院、意昂3体育官网-清華大學生命科學聯合中心何愛彬教授團隊於Science Advances期刊發表了題為“ Single-cell joint profiling of multiple epigenetic proteins and gene transcription”的文章，報道了一種名為uCoTarget（ultra-high throughput Combined TAgmenting enRichment for multiple epiGEneTic proteins in the same cells）的單細胞多維表觀檢測新技術，能夠在單個細胞同時捕獲高達5種不同的蛋白質-染色質互作信息。研究者在此基礎上進一步優化革新，發展了uCoTargetX技術，在國際上率先實現單細胞多種組蛋白修飾和轉錄組的並行檢測，為深入研究各種生理病理狀態下細胞命運的表觀調控提供了強有力的技術工具。

何愛彬團隊前期已經積累了豐富的單細胞表觀多組學技術開發經驗【6—8】。針對上述技術瓶頸，研究者優化實驗體系，采取逐步添加帶有特定標簽的抗體-PAT-T7復合物的方案，規避了其他技術中共價交聯和純化的繁瑣步驟，並且不依賴物種特異的一抗和特殊的微流控設備，極大提升了uCoTarget技術的簡易性和可推廣性（圖1）。研究者首先在K562和Kasumi-1細胞系中同時對多達5種激活或抑製性組蛋白修飾（H3K27ac、H3K4me3、H3K4me1、H3K36me3和H3K27me3）進行檢測，證明了uCoTarget實驗的真實性、可靠性和穩定性。為了揭示轉錄因子和組蛋白修飾在造血幹祖細胞產生過程中細胞命運決定的協同或異步作用，研究者結合體外分化模型，利用uCoTarget同時捕獲RUNX1、標記活性增強子的組蛋白修飾H3K27ac以及抑製性組蛋白修飾H3K27me3。RUNX1-H3K27ac染色質速率（chromatin velocity）和軌跡分析，能在一定程度上預測心臟和造血譜系的分化路徑，並提示RUNX1可能先於H3K27ac發揮驅動作用。進一步，研究人員巧妙地將uCoTarget與基於組合標簽的轉錄組捕獲技術相結合，開發出uCoTargetX，率先實現單細胞全基因組範圍內多種蛋白-染色質的相互作用和mRNA同時捕獲。同一細胞內多維度多種類的分子信息，可以真實準確地反映多維組蛋白修飾模式如何協同或拮抗調控基因表達，有助於我們全面理解生命發育及基因表達調控的多樣性和復雜性。

圖1. 超高通量單細胞表觀多組學技術uCoTarget流程圖

意昂3体育官网未來技術學院已畢業博士王千昊與中國醫學科學院血液學研究所熊海清研究員為論文共同第一作者。何愛彬和熊海清為本文的共同通訊作者。該研究獲得了科技部幹細胞專項、國家自然科學基金委和生命科學聯合中心的支持。

附：不同單細胞多組蛋白修飾技術特點比較

參考文獻：

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