2021-01-11
在一個組織內部存在不同類型不同狀態的細胞調控生物學進程，通過單細胞測序可對組織內部不同類別的細胞逐個進行描述和分析。當獲得組織內部的所有細胞的轉錄圖譜后，新的問題便隨之而來：細胞在發育進程的分化，不同狀態之間的轉換，信號傳導途徑的開閉，均受到不同層面的調控。我們所看到的基因表達，是一個“果”，而確定這個“果”的“因”，又是什么呢？在組織水平，追溯轉錄組“果”的“因”，常常會拓展到信號分子的感知與信號傳遞、表觀調控等多個層面進行細致研究。那么在單細胞水平，又如何探索單細胞轉錄組“果”的“因”呢。
10Xgenomics利用Tn5可酶切開放染色質區域并且在核酸片段兩端加上接頭的特點，開發了單細胞ATAC（Assay for Transposase-Accessible Chromatin）技術，利用微流控系統捕獲Tn5加上的接頭序列，完成對單細胞內部的染色質開放區域的測序。
將制備的單細胞懸液一分為二，一部分進行單細胞轉錄組測序，一部分進行單細胞ATAC測序，可將組織內部各個細胞的基因表達譜和染色質可及性一一呈現，通過相關性分析，可確定不同方法之間的細胞相關性。
從轉錄組數據出發，我們提出問題：不同基因的轉錄on/off，是由什么機制決定的；從ATAC數據出發，我們提出問題：染色質的開放狀態，決定了什么基因的轉錄？了解了某個關注基因的染色質可及區域，通過分析染色質可及區域的序列，判斷可能激活其轉錄的轉錄因子類型，通過分析細胞內表達的該類轉錄因子的成員，判斷可能的激活該基因表達的轉錄因子。通過這樣的研究，我們可將問題從“在單細胞水平，基因是誰，在干什么”拓展到“在單細胞水平，基因如何被調控，為什么這個干”。
這樣將樣品一分為二進行整體水平的研究，而非單個細胞水平的一一對應的研究，仍然滿足不了嚴謹的科學工作者的需求，為此，10Xgenomics推出了在同一個細胞內部同時進行單細胞轉錄組測序+ATAC測序的解決方案。僅需稍作修改凝膠珠的捕獲序列，不改變樣本制備、上機分選等關鍵步驟，就可以輕松實現無偏差的轉錄組結果與ATAC結果的一一對應。
接下來我們針對文章里常用到的一個圖做個詳細解讀吧。比如該NCAM1基因，其表達在CD56(bright) NK 細胞中表達最高，在CD56(dim) NK 細胞中也有較高的表達。相對應地，在染色質的區域1，可檢測到高水平的染色質開發區域，說明區域1是一個NACAM1的enhancer。此外，在表達較高的兩類細胞中，亦可見區域2的染色質開放區域，說明區域2也是一個enhancer，而其促進轉錄的能力不如區域1。另一方面，NCAM1在單核細胞中表達很低，在染色質的區域3，也可檢測到高水平的開放染色質，說明該區域發揮suppressor的功能，抑制NCAM1的表達。進一步地，可分析區域1有哪些轉錄因子的結合位點，可預測促進其表達的轉錄因子，并結合在高表達細胞表達的轉錄因子進一步篩選其可能的轉錄激活因子。
樣本要求
