一石三鸟：中间规则全剖析——单细胞程度多组教阐发
撰文 | 考拉王的桉树
责编 | 兮
新技能的进展使得高通量精致测定单细胞的表型成为大概，使得在庞大构造中剖析细胞范例和状态变得越发简单。固然单一模式的丈量已经为表型阐发提供了富厚信息，但可以或许检测来自单个细胞多维信息的新技能也在飞速进展【1,2】。多模态要领可以将希罕的综合丈量效果与已知细胞范例和状态的直接可靠的丈量效果联合起来。比方 cellular indexing of transcriptomes and epitopes by sequencing (CITE-seq) 和 RNA expression and protein sequencing (REAP-seq)，使用寡核苷酸标志的抗体，将相对希罕的scRNA-seq信号与高度富厚和特性精良的外貌卵白检测联合，实现越发可靠的细胞范例辨认【3-5】。然而，mRNA和卵白质都是基因表达的产品，对它们的检测还并不敷以解说潜伏的基因调控机制。
对付染色体布局的检测，scATAC-seq是一种遍及用于猎取全基因组范畴染色质可及性、活性转录特性和转录因子联合图谱的要领。已稀有种同时捕捉mRNA和染色质可及性的单细胞测序要领，有助于将染色质可及性与基因表达联络起来，并在希罕的ATAC-seq数据上对mRNA表达数据分层【6】。但现在还没有将卵白质标志和染色质可及性联合起来用于准确界说细胞范例和细胞状态的要领。
克日，来自美国纽约基因组中技能创新试验室的Peter Smibert 团队在Nature Biotechnology上颁发题为Scalable, multimodal profiling of chromatin accessibility, gene expression and protein levels in single cells的研究长文，作者开辟了一种可以或许同时检测染色质可及性和卵白程度的要领——ASAP-seq（ATAC with Select Antigen Profiling）。在文章的审稿历程中，作者又开辟了一种新要领：DOGMA-seq，可以或许从统一细胞中多模态阐发染色质可及性、基因表达和卵白质，真正实现单细胞程度多组学阐发。
开辟和验证ASAP-seq
为了开辟ASAP-seq同时阐发单细胞染色体可及性和卵白程度，作者创建了mtscATAC-seq要领【7】，这是一种基于液滴的scATAC-seq要领，可以团结阐发牢固细胞中染色质可及性和mtDNA。作者对该要领举行革新，使用大量现有的商品化偶联寡聚核苷酸的抗体，设计了一种用于卵白质检测的分子桥联要领。如下图b所示，在最初的扩增轮回中，一条3 '末了关闭的短核苷酸作为模板来延伸抗体的标签，随后延伸产品与beads上的条形码寡聚物配对，与染色质可及性片断一路扩增。由于每个抗体上的寡核苷酸只能桥联一次，并且每个桥联ODN具有unique bridging identifier(UBI)序列，是以可以对卵白举行定性和定量阐发。别的，因为该试验条件下线粒体DNA也得到了保存，是以可以或许同时三模态阐发mtDNA突变、卵白质程度和染色质可及性。
ASAP-seq可展现骨髓中细胞状态和细胞谱系
鉴于ASAP-seq的多模态阐发可以高通量剖析人体构造细胞的表观基因组、卵白质组学和克隆特性（使用mtDNA突变），作者使用ASAP-seq检测了一个24岁康健志愿者的骨髓单核细胞，并与先前的骨髓CITE-seq参考数据比对【8】，试验效果评释，使用染色质可及性和卵白质数据的多模态阐发，可以很简单地剖析骨髓细胞的状态，而mtDNA突变信息可以用于细胞谱系示踪。随后，作者又使用ASAP-seq阐发了造血干细胞分解历程中外貌卵白的动态改变。
ASAP-seq和CITE-seq展现三个条理的调控
ASAP-seq和CITE-seq分别联合高通量卵白质测定和表观遗传或转录蓝图，作者推测共有的卵白特性可以关心毗连scRNA-seq 和 scATAC-seq数据集，作者同时应用ASAP-seq和CITE-seq研究了T细胞激活后的表观遗传、转录组和卵白质组的改变。试验效果评释联合ASAP-seq和CITE-seq，可以在单细胞辨别率上区分基因调控的三个条理的改变。
DOGMA-seq可以或许实现四模态共丈量
在本文审稿历程中，10x Genomics公司公布了“Multiome”产物，可以从统一细胞中同时捕捉转录组和染色质可及性。作者意识到ASAP-seq是可以与该试剂盒兼容的，新要领将可以阐发从染色质可及性到mRNA表达，再到卵白质程度的整个基因调控历程，实现中间原则的全剖析，是以作者将该要领称为DOGMA-seq。为了验证DOGMA-seq的可行性，作者使用DOGMA-seq重复了T细胞激活试验，效果评释该要领可以或许超过中间规则阐发染色质可及性、mRNA和卵白质程度，通过转变试验条件，还可以选择性猎取mtDNA基因型。随后作者还通过阵列CRISPR-Cas9筛选计谋，使用靶向扰动探究了T细胞活化历程中染色质和卵白程度改变的潜伏机制。
ASAP-seq可以检测细胞内卵白
为了探究ASAP-seq对胞内卵白检测的潜力，作者对胞外和胞内卵白标志两类差别标签，两个标志库可以独立扩增并具有可调治的测序深度，用于同时检测和定量细胞内和外貌的抗原。效果评释ASAP-seq可以实现细胞内和外貌卵白检测和定量，从而促进生物学相干免疫表型和细胞状态的精致解释。
小结
本文作者提出了一种奇特的ASAP-seq要领，可以或许同时检测数千个单细胞中的卵白质品貌、染色质可及性和mtDNA突变，因为桥联标签的引入，可以利用现有商品化抗体偶联物，是一个可用的、易于上手的试验方案。别的，ASAP-seq还可以直接检测和定量细胞质和细胞核内的卵白质。进一步联合10x Genomics试剂盒开辟的DOGMA-seq技能，可以或许同时阐发单细胞中染色质可及性、mRNA和卵白质程度，并可选择性检测mtDNA基因型。总之，ASAP-seq和DOGMA-seq可以作为模块化和强有力的东西绘制单细胞中基因和卵白质调控的庞大相互作用的图谱。
值得一提的是，两项同样可以同时检测卵白品貌和染色质可及性的事情也以预印版的情势颁发，分别定名为TEA-seq 【9】和PHAGE-seq【10】。
原文链接：
http://www.nature.com/articles/s41587-021-00927-2
制版人：十一
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