現(xiàn)階段，科學家們已經(jīng)開始以單細胞分辨率組合多層信息。這些“多組學”技術可以更仔細地觀察細胞之間的可變性，更清楚地識別特定細胞及其功能。分析基因組DNA揭示了單細胞基因組，甲基化組織或染色質(zhì)，而分析RNA和蛋白質(zhì)則能分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)。

表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組

分析細胞表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組的技術可以揭示甲基化和染色質(zhì)可接近性（chromatin accessibility，生物通注）對基因表達的調(diào)控作用。

“在腫瘤發(fā)生等復雜的生物過程中，異質(zhì)性同時存在于基因組，表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組中，單獨分析它們可能不起作用，”北京大學分子生物學家湯富酬教授說。基因相同的腫瘤細胞可能具有不同的DNA甲基化或基因表達模式，可能需要多組學技術才能明確地將它們分類為亞群。

scM＆T-seq（simultaneous single-cell methylome and transcriptome sequencing）能同時完成單細胞甲基化組和轉(zhuǎn)錄組測序分析[1]，這種方法基于G＆T-seq，采用相同的方法從單個細胞中分離DNA和RNA，并擴增和測序RNA。對基因組DNA進行亞硫酸氫鹽處理，將未甲基化的胞嘧啶轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，然后擴增并測序以測定甲基化組。

研發(fā)技術人員表示，“這一新的實驗方案讓你可以并行分析同一單細胞中的DNA甲基化和RNA。我們的方法提供了有關單細胞DNA甲基化異質(zhì)性與特定基因表達差異之間關系的首個直觀視圖。”（Nature Methods：突破性單細胞表觀基因組與轉(zhuǎn)錄組分析新技術）

scNMT-seq（single-cell nucleosome, methylation, and transcription sequencing）則是在scM和T-seq基礎上發(fā)展起來的[2]，不過這種技術需要將單細胞分離出來，進行處理，檢測全基因組染色質(zhì)可接近性。不同基因組位置的可接近性，或者保護性會影響基因表達，使用scNMT-seq可以發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細胞中表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組之間的新關聯(lián)。

scMT-seq（another method of simultaneously sequencing single cells’ methylomes and transcriptomes）是同時測序單細胞的甲基化組和轉(zhuǎn)錄組的另一種方法[3]，這種是加州大學范國平教授和同濟大學薛志剛教授研發(fā)的，他們利用這種方法對感覺神經(jīng)元進行研究，揭示了細胞間的轉(zhuǎn)錄組和甲基化組異質(zhì)性。不過，這些差異大多不是啟動子甲基化造成的。舉例來說，啟動子帶CpG島的基因，表達水平與基因體甲基化正相關。這項研究表明，scMT-seq可以用來檢測單細胞中的轉(zhuǎn)錄組、甲基化組和單核苷酸多態(tài)性信息，進而解析表觀遺傳學基因調(diào)控機制。（同濟大學發(fā)布單細胞測序新技術）

scTrio-seq（single-cell triple omics sequencing是一種單細胞三重組學測序方法[4]，由北京大學湯富酬教授等人研發(fā)，這種全新的單細胞三重組學測序方法在國際上首次從同一個單細胞中實現(xiàn)對三種組學高通量測序信息的同時獲取，并從單細胞水平發(fā)現(xiàn)肝癌細胞在三種組學上存在密切相互關聯(lián)的高度異質(zhì)性。

中外學者報道六種分析表觀基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的新技術-肽度TIMEDOO

scTrio-seq選擇性裂解細胞膜，將細胞質(zhì)中的mRNA與完整細胞核中的基因組DNA分開。對于scMT-seq，實驗人員是利用微量移液管收集細胞核，而在scTrio-seq中，則是通過離心分離細胞核。兩種情況中，基因組DNA都是進行的改良亞硫酸鹽處理和測序方法來檢測甲基化組，而來自細胞裂解物的mRNA則是平行擴增和測序。

“基本上在基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)之間沒有交叉污染，”湯教授表示。scTrio-seq使用甲基化組序列數(shù)據(jù)計算評估基因組拷貝數(shù)變異，這種技術已用于分析人結直腸癌樣本中的異質(zhì)性。

蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組

還有幾種技術可以同時測定來自單個細胞的轉(zhuǎn)錄物和蛋白質(zhì)。這些方法為科學家提供了轉(zhuǎn)錄后的研究，分析導致蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄水平之間的差異。

PLAYR（proximity ligation assay for RNA）技術中，蛋白質(zhì)被不同金屬同位素的抗體標記。同時，RNA轉(zhuǎn)錄物被同位素標記的探針結合。利用一種稱為質(zhì)譜流式細胞技術（mass cytometry）的方法測量同位素，并且這種技術也可以同時檢測每秒數(shù)千個單細胞中的40多種不同的mRNA和蛋白質(zhì)。

CITE-seq（cellular indexing of transcriptomes and epitopes by sequencing）采用寡核苷酸標記的抗體靶向細胞表面蛋白。這種技術分離并裂解單個細胞，并將它們的mRNA和寡標記抗體與涂有短寡核苷酸序列的磁珠結合。擴增RNA和抗體標簽并按大小分離，通過測序定量分析蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄物。CITE-seq還可同時檢測約100種蛋白質(zhì)以及數(shù)萬種RNA轉(zhuǎn)錄物。

Marlon Stoeckius是紐約基因組中心的分子生物學家，他是這項技術的研發(fā)者。目前Stoeckius正致力于將該方法擴展到細胞內(nèi)蛋白質(zhì)，不過這需要固定和透化細胞，這可能會降低RNA質(zhì)量或?qū)е缕鋸募毎袧B出。

REAP-seq（RNA expression and protein sequencing assay）類似于CITE-seq，采用寡核苷酸交聯(lián)抗體來檢測細胞蛋白質(zhì)和轉(zhuǎn)錄物水平（基于測序）。

REAP-seq和CITE-seq都可以檢測很多的轉(zhuǎn)錄本，但與PLAYR相比，每次檢測的細胞數(shù)量更少。

“我認為它們是互補的方法，”PLAYR的首席開發(fā)人員Gherardini說，“如果你有一個大的隊列或臨床研究，像PLAYR這樣的東西會更加經(jīng)濟有效”。

CITE-seq還有一個優(yōu)點就是蛋白質(zhì)定量可以在通常單細胞RNA測序制備中丟棄的部分進行，因此“對RNA測序文庫的質(zhì)量沒有任何損害，”紐約基因組中心的Peter Smibert說，“我們認為如果采用RNA-seq作為讀數(shù)，那么就可以使用CITE-seq?！?/p>

參考文獻：

1.Parallel single-cell sequencing links transcriptional and epigenetic heterogeneity

2.scNMT-seq enables joint profiling of chromatin accessibility DNA methylation and transcription in single cells

3.Simultaneous profiling of transcriptome and DNA methylome from a single cell

4.Single-cell triple omics sequencing reveals genetic, epigenetic, and transcriptomic heterogeneity in hepatocellular carcinomas

來源：生物通