Nature发布单细胞研究又一重大成果：如何通过染色质追溯胚胎发育

　　

生物通报道：EMBL和华盛顿大学的研究人员发现，细胞类型和发育阶段都可以通过检测单个细胞的染色质开放性（chromatin accessibility）推导出来。他们利用这种方法揭示了发育胚胎中的细胞如何调控自己的命运，发育成什么类型的细胞。

这一研究成果公布在3月14日的Nature杂志上。

染色质开放性

染色质是DNA和蛋白质紧密盘绕的结构，用于将遗传信息存储在细胞核内。人类细胞中的染色质含有约两米的DNA，包装成小于百分之一毫米的核。诸如启动子和增强子之类的调控元件是调节基因表达水平和蛋白质生成的DNA短片段，并最终决定了各个细胞不同的细胞类型。

染色质开放性是指真核生物染色质DNA在核小体或转录因子等蛋白与其结合后，对其他蛋白能否再结合的开放程度。这一特性反映了染色质转录活跃程度，结合其他DNA修饰（如甲基化）信息，特定条件下的染色质开放性变化可以提供大量的基因表达调控信息，为各种蛋白结合新位点的发现指明方向。

为了研究分析胚胎中的所有不同细胞类型，研究人员采用了一种新的方法。之前，研究人员必须首先分离不同的细胞类型，然后分批研究每种类型的染色质。这种冗长的方法提供了给定单元格类型的数千个单元格的平均视图。

“以前的研究利用RNA含量的差异来鉴定细胞类型及其发育轨迹，”文章作者，华盛顿大学医学院Jay Shendure说，“在这篇文章中，我们测量了单个细胞中染色质的状态，其中包含调控程序，以及该程序如何控制每个细胞中RNAs的表达方式和时间的。”

“这是我们第一次观察到这些表达特征如何被调控，又是如何在早期发展过程中驱动单细胞轨迹的，”文章的另外一位作者，EMBL工作的Eileen Furlong说。

这种新的更系统化的方法使研究人员能够同时分析胚胎中的所有不同细胞类型，而且重要的是以单细胞分辨率进行分析。

“我们希望这种方法也可以节省世界各地其它实验室研究人员的时间”。

果蝇研究

具体来说，研究人员对果蝇胚胎进行了分析，果蝇胚胎是发育生物学和疾病模型的一个非常重要的模式生物。

研究人员确定了数千个以前未知的调控元件，这些调控元件仅用于一部分细胞，可以预测每个元件在发育过程中何时何地处于活动状态。这些都揭示了细胞类型之间的巨大差异，并为未来的研究提供了强有力的资源。

未来，研究小组还计划扩大这项研究，整合胚胎发育过程中细胞命运决策的多调控机制。

原文标题：

Cusanovich, Reddington, Garfield et al., The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single cell resolution. Nature, published online 14 March 2018. DOI: 10.1038/nature25981