单细胞水平蛋白-DNA互作图谱的高效绘制：IT-scC&T-seq技术革新表观遗传学研究

本研究针对单细胞表观遗传分析中存在的技术复杂、成本高昂和设备依赖等问题，开发了基于三轮回组合成索引的IT-scC&T-seq技术。该技术通过模块化设计实现了组蛋白修饰（H3K4me3/H3K27me3等）和转录因子（CTCF/RNA Pol II）的高通量平行分析，首次在单细胞水平解析了核纤层关联域（LADs）的动态特征，并在小鼠乳腺组织中揭示了细胞类型特异的染色质调控网络。该成果为研究发育和疾病中的表观遗传调控提供了经济高效的解决方案，发表于《Genome Biology》。

　　

在生命科学领域，解析细胞异质性的表观遗传调控机制一直是重大挑战。传统技术如ChIP-seq虽能描绘蛋白-DNA互作图谱，但面临单细胞分辨率不足、样本需求量大等瓶颈。尽管微流控和组合索引（sci）等方法有所突破，仍存在设备依赖性强或操作复杂等问题。这种技术壁垒严重限制了科学家在发育生物学、肿瘤异质性等研究中获取高精度表观遗传数据的能力。

香港大学李嘉诚医学院生物医学科学院的研究团队在《Genome Biology》发表创新成果，开发了索引化标签切割单细胞CUT&Tag测序技术（IT-scC&T-seq）。该技术通过三阶段条形码系统（pA-Tn5标记、微孔板PCR索引和Illumina接头添加），实现了万级单细胞的并行分析。研究不仅验证了技术对组蛋白修饰（H3K4me3/H3K27me3）和转录因子（CTCF/RNA Pol II）的检测灵敏度，还首次将核纤层蛋白B1（LMNB1）的染色质互作研究推进至单细胞维度，揭示了不同细胞类型中LADs的动态重组规律。

关键技术包括：（1）使用12对特异性索引pA-Tn5转座酶复合物进行靶向染色质切割；（2）荧光激活核分选（FACS）实现单细胞分选；（3）三阶段PCR条形码扩增体系；（4）小鼠乳腺组织单细胞核分离与多组学整合分析。

【技术设计与验证】
通过人鼠细胞混合实验证实技术特异性（99.86%细胞准确分类），K562细胞数据显示每个细胞平均捕获12,806（H3K4me3）至2,803（CTCF）个独特片段。与ENCODE数据集比较显示高度一致性（Pearson r=0.26-0.99），且文库复杂度优于现有方法（图1i-j）。

【LADs单细胞图谱】
首次通过CUT&Tag在单细胞水平解析LMNB1互作网络（图2）。H1胚胎干细胞与间充质干细胞（MSCs）比较发现1,584个获得性LADs与神经分化相关，2,204个丢失LADs参与Wnt信号通路（图2j-k），揭示了核纤层在细胞命运决定中的调控作用。

【多重表观分析】
同步检测4种染色质标记（H3K4me3/H3K36me3/H3K27me3/CTCF）在3种细胞系中的分布，聚类准确率达98.8%。H1与MSCs差异分析发现5,552个H3K4me3激活区域与中胚层分化相关（图3g-h）。

【乳腺组织应用】
整合10,821个H3K4me3和4,029个H3K27ac单细胞数据，鉴定出6种细胞亚群（图4a）。伪时序分析显示Kit/Elf5等基因在管腔前体细胞中呈现协同激活模式（图4g），为乳腺发育调控提供了表观遗传证据。

这项研究突破了现有技术在通量、成本和灵敏度上的限制，使单细胞表观组学研究不再依赖专用设备。特别是对LADs的解析，为核纤层相关疾病（如早衰症）研究提供了新工具。技术模块化设计支持多种染色质靶标并行分析，未来与空间转录组等技术的结合，有望在组织微环境研究中产生突破性发现。正如研究者Jingchun Ma和Wei Jin等强调的，IT-scC&T-seq将推动表观遗传学从"描述性研究"向"机制性探索"的范式转变。