两篇Science论文构建出胎儿基因表达和染色质可及性的人类细胞图谱，有助揭示人细胞生长和发育机制
来源：本站原创 2020-11-16 14:17
2020年11月16日讯/生物谷BIOON/---在两项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所等研究机构的研究人员构建出两个细胞图谱，用于追踪人类细胞类型和组织发育过程中的基因表达和和染色质可及性（chromatin accessibility，也译为染色质可访问性）。其中的一个细胞图谱绘制了15种胎儿组织中单个细胞内的基因表达，
2020年11月16日讯/生物谷BIOON/---在两项新的研究中，来自美国华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所等研究机构的研究人员构建出两个细胞图谱，用于追踪人类细胞类型和组织发育过程中的基因表达和和染色质可及性（chromatin accessibility，也译为染色质可访问性）。其中的一个细胞图谱绘制了15种胎儿组织中单个细胞内的基因表达，另一个细胞图谱绘制了这些细胞内单个细胞的染色质可及性。相关研究结果发表在2020年11月13日的两篇Science论文中，论文标题分别为“A human cell atlas of fetal gene expression”和“A human cell atlas of fetal chromatin accessibility”。
这些图谱共同为了解人类发育过程中的基因表达和染色质可及性提供了规模空前的基础资源。此外，这两篇论文中描述的技术使得生成数百万个细胞的基因表达和染色质可及性数据成为可能。
除了华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所之外，来自Illumina公司、亚利桑那大学、弗雷德-哈钦森癌症研究中心、马克斯-普朗克分子遗传学研究所和罗切斯特大学医学中心的合作者也为这两项研究做出了贡献。
基因表达图谱
第一项新的研究涉及第一个细胞图谱，即基因表达图谱。基因表达是细胞利用它的DNA中储存的指令指导蛋白合成的过程。这些蛋白又决定了细胞的结构和功能。基因表达图谱绘制了不同类型细胞生长发育过程中基因表达发生的位置和时间。
第一篇论文的第一作者、华盛顿大学医学院基因组科学教授Jay Shendure实验室的博士后研究员Junyue Cao说，“从这些数据中，我们可以直接生成人类组织中所有主要细胞类型的目录，包括这些细胞类型在不同组织中的基因表达可能如何发生变化。”
Shendure说，“该领域有一个总体目标，就是在尽可能广泛的范围内，以尽可能高的分辨率来描绘人类的遗传程序。”
为了创建基因表达图谱，这些研究人员通过使用一种名为 sci-RNA-seq3 的技术，对 15 种胎儿组织的基因表达进行了剖析。这种技术为每个细胞贴上了三个DNA条形码的独特组合标签，从而使得他们能够在不进行物理分离的情况下跟踪这些细胞。
在这些获得DNA条形码序列后，他们使用计算机算法获得单细胞信息，按细胞类型和亚型对细胞进行聚类，并确定它们的发育轨迹。他们对400多万个单细胞进行了剖析，确定了77种主要的细胞类型和大约650种细胞亚型。
他们还将该基因表达图谱与现有的小鼠胚胎发育图谱进行了比较。第一篇论文的共同通讯作者、华盛顿大学医学院基因组科学副教授、布罗特曼-巴蒂精准医学研究所研究员Cole Trapnell解释说，“当我们将这些数据与之前公布的数据结合起来时，我们可以直接绘制出所有主要细胞类型的细胞发育路径。”
染色质可及性图谱
这些图谱共同为了解人类发育过程中的基因表达和染色质可及性提供了规模空前的基础资源。此外，这两篇论文中描述的技术使得生成数百万个细胞的基因表达和染色质可及性数据成为可能。
除了华盛顿大学医学院和布罗特曼-巴蒂精准医学研究所之外，来自Illumina公司、亚利桑那大学、弗雷德-哈钦森癌症研究中心、马克斯-普朗克分子遗传学研究所和罗切斯特大学医学中心的合作者也为这两项研究做出了贡献。
基因表达图谱
第一项新的研究涉及第一个细胞图谱，即基因表达图谱。基因表达是细胞利用它的DNA中储存的指令指导蛋白合成的过程。这些蛋白又决定了细胞的结构和功能。基因表达图谱绘制了不同类型细胞生长发育过程中基因表达发生的位置和时间。
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7721。
第一篇论文的第一作者、华盛顿大学医学院基因组科学教授Jay Shendure实验室的博士后研究员Junyue Cao说，“从这些数据中，我们可以直接生成人类组织中所有主要细胞类型的目录，包括这些细胞类型在不同组织中的基因表达可能如何发生变化。”
Shendure说，“该领域有一个总体目标，就是在尽可能广泛的范围内，以尽可能高的分辨率来描绘人类的遗传程序。”
为了创建基因表达图谱，这些研究人员通过使用一种名为 sci-RNA-seq3 的技术，对 15 种胎儿组织的基因表达进行了剖析。这种技术为每个细胞贴上了三个DNA条形码的独特组合标签，从而使得他们能够在不进行物理分离的情况下跟踪这些细胞。
在这些获得DNA条形码序列后，他们使用计算机算法获得单细胞信息，按细胞类型和亚型对细胞进行聚类，并确定它们的发育轨迹。他们对400多万个单细胞进行了剖析，确定了77种主要的细胞类型和大约650种细胞亚型。
他们还将该基因表达图谱与现有的小鼠胚胎发育图谱进行了比较。第一篇论文的共同通讯作者、华盛顿大学医学院基因组科学副教授、布罗特曼-巴蒂精准医学研究所研究员Cole Trapnell解释说，“当我们将这些数据与之前公布的数据结合起来时，我们可以直接绘制出所有主要细胞类型的细胞发育路径。”
染色质可及性图谱
第二项新的研究涉及第二个细胞图谱，即染色质可及性图谱，追踪了细胞中的染色质可及性。染色质让DNA能够紧密地包装到细胞核中。染色质可以是开放的，对读取DNA中编码的遗传指令的分子机器来说是“可访问的”，也可以是封闭的，或者说“不可访问的”。了解DNA中开放和封闭的区域可以知道细胞如何选择开启和关闭基因。
通过研究染色质可以让你了解细胞的调控“语法”，第二篇论文的共同通讯作者Darren Cusanovich说，“开放或者说可访问的短DNA片段富含某些‘词汇（word）’，这些‘词汇’又是细胞确定它想要的特定基因激活的基础。”
为了剖析单个细胞中的DNA可及性，这些研究人员开发了一种新的方法，称为 sci-ATAC-seq3。与 sci-RNA-seq3 一样，这种技术也是在每个细胞中使用三个不同的 DNA “条形码”来标记和追踪单个细胞。然而，sci-ATAC-seq3并不识别所有当前表达的序列，而是捕捉开放的染色质位点并进行测序。
在这项新的研究中，这些研究人员在15种胎儿组织的大约100万个位点上生成了近80万个单细胞染色质可及性数据。他们研究了哪些蛋白可能与每个细胞中的可访问DNA位点相互作用，以及这些相互作用如何解释细胞类型。这一分析确定了基因组内的发育控制开关。他们还确定了可能与疾病相关的染色质可访问性位点。
第二篇论文的共同第一作者、Shendure实验室博士后研究员Silvia Domcke说，“这告诉我们基因组的哪一部分可能是功能性的。我们仍然不知道不编码基因的基因组区域有多大比例可以参与基因调控。我们的图谱如今为许多细胞类型提供了这一信息。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Junyue Cao et al. A human cell atlas of fetal gene expression. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7721.
2.Silvia Domcke et al. A human cell atlas of fetal chromatin accessibility. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7612.
3.New molecular atlases reveal how human cells grow and develop
https://phys.org/news/2020-11-molecular-atlases-reveal-human-cells.html
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7612。
通过研究染色质可以让你了解细胞的调控“语法”，第二篇论文的共同通讯作者Darren Cusanovich说，“开放或者说可访问的短DNA片段富含某些‘词汇（word）’，这些‘词汇’又是细胞确定它想要的特定基因激活的基础。”
为了剖析单个细胞中的DNA可及性，这些研究人员开发了一种新的方法，称为 sci-ATAC-seq3。与 sci-RNA-seq3 一样，这种技术也是在每个细胞中使用三个不同的 DNA “条形码”来标记和追踪单个细胞。然而，sci-ATAC-seq3并不识别所有当前表达的序列，而是捕捉开放的染色质位点并进行测序。
在这项新的研究中，这些研究人员在15种胎儿组织的大约100万个位点上生成了近80万个单细胞染色质可及性数据。他们研究了哪些蛋白可能与每个细胞中的可访问DNA位点相互作用，以及这些相互作用如何解释细胞类型。这一分析确定了基因组内的发育控制开关。他们还确定了可能与疾病相关的染色质可访问性位点。
第二篇论文的共同第一作者、Shendure实验室博士后研究员Silvia Domcke说，“这告诉我们基因组的哪一部分可能是功能性的。我们仍然不知道不编码基因的基因组区域有多大比例可以参与基因调控。我们的图谱如今为许多细胞类型提供了这一信息。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Junyue Cao et al. A human cell atlas of fetal gene expression. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7721.
2.Silvia Domcke et al. A human cell atlas of fetal chromatin accessibility. Science, 2020, doi:10.1126/science.aba7612.
3.New molecular atlases reveal how human cells grow and develop
https://phys.org/news/2020-11-molecular-atlases-reveal-human-cells.html
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