《Science》MERFISH助力构建人类扁桃体三维基因组图谱！

《Science》杂志重磅文献MERFISH助力构建人类扁桃体三维基因组图谱，揭示DNA环挤压对B细胞体细胞高频突变的调控作用。分享前沿新进展新发现，基因集团上海贝晶生物技术有限公司单细胞空间多组学服务系列助您在空间多组学探索中高效利用样本资源，深入挖掘数据，取得新突破。

近期，王思远教授（曾为MERFISH技术发明者庄小威教授的博士后）在美国耶鲁大学的团队在《Science》杂志发表了题为“A 3D genome atlas of human tonsil and the role of loop extrusion in B cell somatic hypermutation”的研究论文。该研究首次构建了人类扁桃体的单细胞三维基因组图谱，阐释了染色质高阶结构以及DNA环挤压对B细胞体细胞高频突变（somatic hypermutation，SHM）的调控作用。MERFISH技术不仅用于RNA空间转录组分析，该团队还通过自建平台用DNA-MERFISH技术进行三维空间的染色质示踪，结合免疫荧光成像，实现了对临床样本人组织切片单细胞内原位多模态核组成像（染色质 3D 结构 + RNA + 核骨架）及多组学分析。

具体到技术路线，通过整合Droplet Hi‑C得到的单细胞HiC数据，scRNA测序数据以及其它背景信息，确认MERFISH基因panel（DNA-MERFISH靶向 1151 个基因组位点，RNA-MERFISH靶向447 个基因），再进行MERFISH获取每个位点细胞核内真实三维空间坐标，实现原位单细胞分型、细胞周期判定， 配合免疫荧光 CD35（生发中心明区标记）、细胞膜染色、DAPI 核染色结果一起进行生信分析确认Hot TAD / Cold TAD 的核空间聚集与核内位置。为了进一步研究环挤压过程与SHM的关联，还构建了cohesin成分蛋白Rad21的诱导性降解细胞系，进一步功能验证，在Rad21降解后不同时间点，通过染色质示踪、3C-HTGTS、TT-TimeLapse-seq以及CUT&RUN等技术发现， cohesin复合物可通过影响染色质三维结构、基因转录活性、及AID招募等多个层面的分子机制，决定SHM的发生与分布。分析整合机制模型发现：1核空间定位预先决定 TAD 对 SHM 的易感性：靠近核孔的 Hot‑TAD 更容易接触穿梭入核的 AID；核内部 Cold‑TAD 得到保护。2 黏连蛋白 RAD21 / 环挤出对 SHM 是必需；SHM 消失不完全来自增强子-启动子环丢失、也不是转录直接关闭；核心是破坏维持 AID 稳定染色质招募的染色质微环境。

该研究以人扁桃体这一重要的粘膜免疫防线器官为研究对象，在完整组织微环境内，解析同一单细胞中染色质三维构象与转录状态的原位关联，重点研究生发中心 B 细胞抗体亲和力成熟过程的 3D 基因组调控机制。主要发现：1人扁桃体不同免疫细胞具有细胞类型特异性的多尺度染色质折叠特征，同时存在跨细胞保守的基因组架构；2生发中心明暗区 B 细胞发生动态染色质重塑，体细胞超突变（SHM）热点被 TAD 拓扑边界限制，SHM 活性由染色质内部环挤出效应与染色质 - 核亚结构相互作用共同调控，并非仅由核内位置单独决定；3局部增强子 - 启动子环和 A/B 区室等多尺度染色质结构协同调控基因表达。 该研究开启直接对人临床组织原位开展单细胞多模态核组观测，弥补单细胞 Hi-C 解离后丢失组织原位空间信息的缺陷，也为理解 B 细胞体细胞超突变、B 细胞淋巴瘤的突变起源提供原位证据。

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