任兵组开发新技术同时测定单细胞中DNA甲基化和染色质结构学术资讯

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原标题：Nature Methods ：任兵组开发新技术同时测定单细胞中DNA甲基化和染色质结构

细胞中的DNA甲基化状态在不同类型的细胞中存在显著差异，其动态调控可能与细胞核内染色质的结构紧密相关。当前基因组领域已经存在分别测定DNA甲基化（全基因组亚硫酸氢盐测序，WGBS）和染色质结构（Hi-C）的技术。然而由于片段长度限制，传统的全基因组亚硫酸氢盐测序并不能有力地检测到多位点协调的DNA甲基化。

2019年8月5日，加州大学圣地亚哥分校任兵课题组（共同一作为李国强与刘亚平博士）在Nature Methods发表题为Joint profiling of DNA methylation and chromatinarchitecture in single cells的文章，报道了一种新开发的名为Methyl-HiC的技术，实现了DNA甲基化与染色质结构测定的同步进行。

Methyl-HiC的技术先使用普通Hi-C的流程获取DNA片段，紧接着在文库构建之前加入亚硫酸氢盐转化步骤，然后再进行测序。研究者首先在培养的小鼠干细胞上实践了这项技术。他们发现Methyl-HiC产生的接触矩阵与Hi-C的结果高度相似。两者产生的染色质环（loop）和拓扑结构域（TADs）也基本一致。而与WGBS相比，由于Hi-C选择性获取了存在相互作用的DNA片段，Methyl-HiC缺失了大约20%的CpG，并且在染色质开放区的更加富集。这些结果说明了将Hi-C和WGBS结合起来是基本可行的。

研究者接着检验了DNA甲基化和染色质结构的关系。他们发现位于染色质环两端CpG甲基化的状态的确存在相关性。如果CpG处在同一TAD或者开放的染色体区，相关性也会更高。同时DNA甲基化的程度也与其所处的染色质状态有关。

Methyl-HiC技术的独特优势在单细胞研究中更加明显。由于细胞异质性，人们常常需要对单个细胞的各种表观基因组学进行测定。然而传统技术是无法同时获得同一个细胞的WGBS和Hi-C数据的。应用scMethyl-HiC（singlecell Methyl-HiC），作者测量了多个分别在血清培养基和2培养基下培养的小鼠干细胞的DNA甲基化组和三维基因组。在加和之后，scMethyl-HiC与以前单细胞Hi-C产生的接触矩阵相似。CpG数目也同单细胞WGBS的结果基本一致。研究者接着使用scMethyl-HiC中甲基化组的数据对这两种培养条件下的干细胞进行了聚类，发现其中在血清培养基中培养的干细胞可以额外分成了两类。观察这三类细胞的接触矩阵也发现了明显的差别。而这些存在甲基化水平和染色质互作差异的基因很多都同四肢的发育有关，如Epha4和HoxD。

作者同时提到，当前scMethyl-HiC产生的数据较为稀疏。但目前的结果显示，scMethyl-HiC技术在研究复杂组织中细胞特异性的染色质结构时很有价值。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-019-0502-z

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