单细胞测序在表观遗传学中的应用单细胞测序(singlecellsequencing)是指先分离纯化单个细胞,并提取该细胞的DNA或RNA进行扩增后测序的技术1
该技术起步虽不太久,但已深受关注,被竞相用于研发和生产、医用2
相比于宏观组织样品的测序,单细胞测序对于细胞和组织的异质性具有更加明确的分辩,当然,难度也更高
由于在某些组织或研究领域(如癌症、干细胞池等),细胞处于显著的动态发展中,细胞与细胞间差异巨大,而后续的显著变化(如成瘤、分化等)、组织的异质性,往往来源一个细胞克隆;而另一方面,利用表观遗传学(epigenetics)这种非基因组核酸序列的功能差异,研究某一组织生理病理变化,具有极大的必要性3
此时,如果笼统考察组织块的表观遗传学改变,很容易模糊了幂律分布下细胞水平的差异4
相反,结合单细胞测序技术,可着眼于癌症、干细胞等早期的表观遗传学变化,对于理解病因、早期诊断、晚期控制极具价值
尽管分离纯化单细胞难度较高,而且DNA的表观遗传修饰很难通过传统的聚合酶扩增(通常表观遗传学测序方法包括BS-seq和ChIP-seq),因此,单细胞测序用于表观遗传学分析,在技术上极具挑战5
但目前已有研究者在不同领域做出了可喜进展
例如,基于BS-seq的方法中,Guo等利用一种reducedrepresentationbisulfitesequencing(scRRBS)方法,可在一个小鼠胚胎干细胞中的整个基因组范围内,灵敏地检测高达150万个CpG位点,并用该方法进行了单细胞表观遗传测序
该方法用于肿瘤发生、胚胎发育等领域,在各时间点DNA甲基化的动态变化,极具前景6
再如,基于ChIP-seq的方法中,AssafRotem等结合微流控和DNA特征码技术进行了数千个单细胞测序,观察了单细胞水平上传统转录分析无法获取的表观遗传学异质性7
此外,Kantlehner等基于甲