【Cell子刊】从单细胞中学习：解开基因调控的新技术

DNA包装如何调控基因的活性？为了回答这个问题，来自Jop Kind（Hubrecht研究所组长和Oncode研究者）小组的研究人员Franka Rang和Kim de Luca开发了一种同时测量基因表达和DNA包装的技术。这种方法——EpiDamID确定了DNA包裹的修饰蛋白的位置。收集关于这些修饰的信息非常重要，因为它们影响DNA的可及性，从而影响基因活性。因此EpiDamID对生物体早期发育的研究很有价值。研究结果“Single-cell profiling of transcriptome and histone modifications with EpiDamID”发表在《Molecular Cell》上。

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(22)00218-0

为了将DNA植入细胞核，它被紧密地排列在被称为组蛋白的核蛋白周围。根据这种缠绕的紧密程度，DNA可以被其他蛋白质所接触。因此，这决定了基因表达、DNA转录成RNA并最终翻译成蛋白质的过程是否可以发生。

DNA包装决定基因活性

组蛋白周围DNA缠绕的紧密性是通过在组蛋白中加入分子基团，即所谓的翻译后修饰(PTMs)来调节的。例如，如果在组蛋白中加入某些分子，DNA缠绕就会松散。这使得DNA对某些蛋白质更容易获得，并导致DNA这一部分的基因变得活跃，或表达。此外，对基因表达至关重要的蛋白可以直接识别并结合PTMs。这能够实现转录：DNA复制的过程。

基因表达的调控，例如通过PTMs，也被称为表观遗传调控。由于体内所有细胞具有相同的DNA，因此需要调节基因表达以激活单个细胞中的特定功能。例如，心肌细胞具有与皮肤细胞不同的功能，因此需要不同的基因来表达。

使用EpiDamID分析单细胞

为了解PTMs如何影响基因表达，第一作者Franka Rang和Kim de Luca设计了一种新的方法来确定修饰的位置。利用这种被称为EpiDamID的方法，研究人员可以分析单细胞，而之前的方法只能够测量一大组细胞。对这样一个小规模的分析产生了关于每个细胞DNA缠绕如何不同的知识，而不是许多细胞平均DNA缠绕的信息。

EpiDamID是基于DamID，一种用于确定某些DNA结合蛋白结合位置的技术。利用EpiDamID，可以在单细胞中检测到组蛋白上特异性PTMs的结合位置。与其他相比，这种技术的一个很大优势是研究人员需要非常有限的材料。再者，EpiDamID可以与其他方法结合使用，如显微镜，在不同水平上研究基因表达的调控。

未来展望

随着这一技术的发展，Kind小组将从发育生物学的角度关注PTMs的作用。由于使用EpiDamID分析单细胞，因此只需要有限量的材料来生成足够的数据。这使得研究人员可以从其第一次细胞分裂开始研究生物体的早期发育，此时胚胎只由少数细胞组成。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://phys.org/news/2022-04-cell-technique-unravel-gene.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。