【Genome Biology】单细胞研究：聚焦 DNA 甲基化在决定细胞命运中的作用

这篇研究论文发表在《Genome Biology》上，为理解 DNA 甲基化在胚胎发生过程中的作用提供了重要的新知识，有助于破译控制不同细胞类型如何产生的规则。了解这些规则对于研究人员能够准确、安全地指导细胞命运以产生用于再生医学的临床相关细胞类型至关重要。

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02762-3

研究背景

众所周知，随着胚胎组织和器官的形成，DNA甲基化的擦除和重新引入对于确定细胞身份至关重要。在某些情况下，小鼠中关键甲基化酶的缺失会导致严重的发育缺陷和胚胎致死率。尽管 DNA 甲基化在发育中很重要，但人们对如何实现这一点的潜在机制知之甚少。

该研究使用删除了两组关键甲基化酶的转基因小鼠：引入和维持 DNA 甲基化的 DNA 甲基转移酶（DNMT 1、3a 和 3b）被单独删除的敲除小鼠系，以及研究甲基化作用的系统。所有三种 TET 酶（十一十一易位 (TET) 甲基胞嘧啶双加氧酶）1/2/3）的联合缺失，这会导致去甲基化。

研究进展

进行这项研究时，Stephen Clark 博士说：“单细胞方法的使用，为我们提供了研究发育过程中 DNA 甲基化机制所需的分辨率。我们能够建立证实了 DNA 甲基化在这个发育时间点的抑制作用——首先需要维持正确的 DNA 甲基化来抑制过去和替代的细胞类型身份，其次需要从基因组的某些部分去除 DNA 甲基化以允许某些细胞要形成的类型。”

一种称为单细胞 RNA 测序的技术被用于测量每个小鼠系中基因组的基因表达。将这些表达谱与参考数据集进行比较，可以识别胚胎的所有细胞类型。在该步骤之后，可以通过比较敲除胚胎（甲基化酶被删除）与处于同一发育阶段的野生型胚胎的构成来评估甲基化扰动对细胞命运的影响，以突出细胞类型的差异比例。研究人员在发育的第 8.5 天关联与观察到的表型相匹配的细胞类型形成的影响，并分析可能与细胞命运缺陷有关的细胞类型特异性基因表达变化。

Ricard Argelaguet 博士说：“能够同时拥有整个有机体的视角和观察细胞类型和基因表达变化的可能性，为我们提供了在这个特定时间点梳理发育中胚胎中 DNA 甲基化和去甲基化的作用的能力。随着进一步发展，将这种方法应用于以后的时间点以更多地了解 DNA 甲基化的作用同样有效。”

该研究创建了一个交互式数据平台，提供来自 Dnmt 和 Tet 突变小鼠胚胎的单细胞水平的基因表达读数。

研究意义

该研究加深了我们对 DNA 甲基化在早期发育阶段的作用的理解。该领域的技术进步，提供了从单个细胞收集并行数据类型的能力以及细胞图谱参考和综合数据集的存在，正在彻底改变我们对决定细胞命运的过程的了解。对阐明不同细胞类型如何形成的规则在再生医学以及理解发育障碍和疾病方面都有应用。

Wolf Reik 教授说：“这项研究提供了丰富的资源来探索 DNA 甲基化与建立细胞命运。这项研究受益于已发表的数据集和参考图谱，我们希望反过来，我们的工作对开发和表观遗传学领域的其他研究人员有用。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-022-02762-3

https://phys.org/news/2022-09-cell-spotlights-role-dna-methylation.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。