不同細胞類型的基因組可能是相同的，但是它們的表觀基因組和轉錄組不是相同的。表觀基因組由一組影響每個細胞的基因組發(fā)揮何種功能的標記組成，而轉錄組指的是在某一特定條件下，細胞內(nèi)所有轉錄產(chǎn)物的集合。轉錄產(chǎn)物經(jīng)翻譯后會產(chǎn)生蛋白。

在RNA轉錄過程中，細胞僅能夠接近它們的染色質(zhì)包裝的雙鏈基因組的某些部分。鑒于這種接近在不同細胞類型之間存在著變化，因此染色質(zhì)可接近性有助于確定多細胞生物體中多種細胞的形狀、功能和多樣性。

在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學等研究機構的研究人員開發(fā)出一種同時分析數(shù)千個細胞中每個細胞的表觀基因組和轉錄組的方法。他們將這種方法稱為sci-CAR。相關研究結果于2018年8月30日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Joint profiling of chromatin accessibility and gene expression in thousands of single cells”。

細胞或細胞核中的核酸內(nèi)含物的獨特條形碼被整合著到sci-CAR中。這種對細胞進行標記和分選的方法允許這些研究人員將單個細胞中的mRNA和染色質(zhì)可接近性譜相關聯(lián)在一起。

這些研究人員首先利用sci-CAR方法在肺癌來源的對皮質(zhì)醇作出反應的細胞培養(yǎng)物模型中對4800多個細胞進行了檢測。在這種模型中，這些細胞用皮質(zhì)類固醇地塞米松（dexamethasone）進行處理。這種合成類固醇能夠激活基因組上數(shù)千個位點的結合并改變數(shù)百個基因的表達。

這些研究人員隨后研究了地塞米松對基因表達的影響的時間過程，以及在相同細胞中染色質(zhì)可接近性發(fā)生的動態(tài)變化。

在將sci-CAR應用于來自小鼠整個腎臟的細胞核中時，這些研究人員獲得了11296個細胞的轉錄組和染色質(zhì)可接近性譜。他們將他們的小鼠腎細胞分為14類，并且描述了細胞類型特異性的表觀基因組景觀和相關的轉錄組特征。

基于表觀基因組和轉錄組之間存在的相關性，這些研究人員還了解到他們能夠在距離較遠的基因組調(diào)控元件和它們的靶基因之間建立關聯(lián)性，以便解釋各種細胞類型中基因表達的一些差異。

展望未來，相比于僅分析RNA轉錄或染色質(zhì)可接近性的測定方法，這種共測定方法（即sci-CAR）存在著明顯的優(yōu)點。特別地，sci-CAR的一個優(yōu)點是它一次能夠潛在地用于聯(lián)合分析數(shù)百萬個細胞。

參考資料：Junyue Cao1,2, Darren A. Cusanovich1,*,†, Vijay Ramani et al. Joint profiling of chromatin accessibility and gene expression in thousands of single cells. Science, Published Online: 30 August 2018, doi:10.1126/science.aau0730.

原標題：Science：重大進展！利用sci-CAR方法同時分析上千個細胞中的轉錄組和染色質(zhì)可接近性