研究背景：

        2021年，该研究团队报道了Paired-Tag技术，一种基于组合索引的成对标记技术，可以实现单细胞水平上描绘组蛋白修饰及基因表达，然而实验流程冗长限制了该技术的推广。为解决上述问题，作者开发了基于液滴的Droplet Paired-Tag技术。

技术简介：

        Droplet Paired-Tag技术流程如下：首先，将抗体与蛋白A-Tn5转座酶融合蛋白（pA-Tn5）进行预偶联，随后将透化后的细胞核与抗体-pA-Tn5混合物孵育进行靶向标记。接下来，使用微流控装置（10x Genomics Chromium X controller）将孵育后的单个细胞核与携带条形码（barcode）的珠子共同封装同一液滴中。其中，该珠子上携带两种具有相同barcode的寡核苷酸：一种为barcoded poly(T) 寡核苷酸，用于标记cDNA；另一种为捕获寡核苷酸，用于标记DNA片段。在液滴中，barcoded poly(T) 寡核苷酸进行逆转录过程，同时连接反应将捕获寡核苷酸连接到标记的染色体片段上。反应完成后，来自同一个细胞的cDNA产物及DNA片段将被相同且唯一的barcode所标记。最后，将液滴溶解，按照试剂盒推荐的方案纯化、扩增和分割 cDNA 和染色质片段，以构建测序文库（图1）。

Fig. 1 Joint profiling of transcriptomes and histone modifications in single cells using Droplet Paired-Tag.

Droplet Paired-Tag技术具有三大优势：一是采用微流控装置大大缩短了分子条形码和文库制备的流程及操作时间；二是 10x单细胞测序平台和试剂盒的广泛使用，使该技术操作更容易开展；三是简化程序的同时还提高了鉴定顺式调控元件（ cCREs） 的性能。

技术应用：

   为了证明Droplet Paired-Tag技术在复杂组织样品中的实用性，作者分析了单细胞分辨率下，成年小鼠额叶皮质中组蛋白修饰（H3K27ac & H3K27me3）及基因表达情况。本次实验共回收了22054个细胞核，其中11874个细胞核进行了H3K27ac分析，10180个细胞核进行了H3K27me3分析。根据细胞核的转录组数据进行聚类，共确定了20个主要的细胞簇：9种谷氨酸能神经元，6种GABA能神经元以及5种非神经元细胞类型。而使用H3K27ac 或 H3K27me3 数据进行聚类，可以分别获得20个细胞簇中的17个和18个，这表明转录组和表观基因组聚类获得的细胞类型注释高度一致（图2a-b）。此外，Droplet Paired-Tag技术获得的表观组数据较scCUT&Tag及Paired-Tag具有更高的灵敏度、特异性以及较小的Tn5转座酶脱靶效应（图2 c-h）。最后，作者进一步证明了该方法能够表征候选顺式调控元件（cCREs）活性状态，并能将其动态染色质状态与复杂组织中目标基因表达水平联系起来（图2g-n）。

Fig. 2 Droplet Paired-Tag effectively resolves multiple cell types in the mouse frontal cortex (FC) and identifies the cCREs within each cell type.

总结：

       Droplet Paired-Tag 是一种快速、便捷的方法，可用于分析单细胞中的组蛋白修饰和基因表达。该技术展示了在分析复杂组织样本中细胞类型特异性基因调控方面的实用性和卓越性，为研究疾病和生命中的基因调控机制增添了一个新的工具。

文章来源：Xie Y, Zhu C, Wang Z, Tastemel M, Chang L, Li YE, Ren B. Droplet-based single-cell joint profiling of histone modifications and transcriptomes. Nat Struct Mol Biol. 2023 Oct;30(10):1428-1433. doi: 10.1038/s41594-023-01060-1. Epub 2023 Aug 10. PMID: 37563440; PMCID: PMC10584685.

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