《Nature | 单细胞新生RNA测序揭示了全局转录的协同调控》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-06-06
  • 2024年6月5日,麻省理工学院等机构的研究人员在Nature 上发表了题为Single-cell nascent RNA sequencing unveils coordinated global transcription的文章。

    在生物学领域,基因表达是生物体展现其遗传信息、实现生物功能的重要过程。转录作为基因表达的首要步骤,负责将DNA中的遗传信息转录成RNA,进而指导蛋白质的合成。近年来,随着单细胞测序技术的发展,研究者们开始关注单个细胞中基因和增强子的活性,以及它们之间的协调关系。然而,由于技术限制,关于转录和增强子-基因协调的时间调控机制仍然是一个未解之谜。

    该研究提出了一种新的单细胞新生RNA测序技术——scGRO-seq,该技术通过点击化学方法,能够同时测量细胞群体中的基因和增强子活性,并揭示整个基因组范围内的协调转录情况。通过应用scGRO-seq,研究人员发现了转录的偶发性和功能相关基因的共转录现象,这为我们理解基因表达的动态过程提供了新的视角。此外,scGRO-seq还具有直接量化单个细胞中转录RNA聚合酶的能力,从而能够估算转录爆发的大小和频率。这一特性使得研究人员能够更深入地了解细胞周期动态,并识别出增强子和基因之间的网络关系。

    研究结果表明,超级增强子的转录爆发先于相关基因的转录爆发,这为理解转录调控机制提供了新的线索。通过scGRO-seq技术,不仅能够深入探究转录的动态特性,还能揭示转录信号的起源和传播,为转录调控机制和增强子在基因表达中作用的研究提供了有力的工具。总之,scGRO-seq技术的提出和应用,为研究者理解基因表达的复杂性和动态性提供了新的手段,也为未来的生物学研究开辟了新的方向。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07517-7
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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-06-06
    • 2024年6月5日,麻省理工学院等机构的研究人员在Nature 上发表了题为Single-cell nascent RNA sequencing unveils coordinated global transcription的文章。 在生物学领域,基因表达是生物体展现其遗传信息、实现生物功能的重要过程。转录作为基因表达的首要步骤,负责将DNA中的遗传信息转录成RNA,进而指导蛋白质的合成。近年来,随着单细胞测序技术的发展,研究者们开始关注单个细胞中基因和增强子的活性,以及它们之间的协调关系。然而,由于技术限制,关于转录和增强子-基因协调的时间调控机制仍然是一个未解之谜。 该研究提出了一种新的单细胞新生RNA测序技术——scGRO-seq,该技术通过点击化学方法,能够同时测量细胞群体中的基因和增强子活性,并揭示整个基因组范围内的协调转录情况。通过应用scGRO-seq,研究人员发现了转录的偶发性和功能相关基因的共转录现象,这为我们理解基因表达的动态过程提供了新的视角。此外,scGRO-seq还具有直接量化单个细胞中转录RNA聚合酶的能力,从而能够估算转录爆发的大小和频率。这一特性使得研究人员能够更深入地了解细胞周期动态,并识别出增强子和基因之间的网络关系。 研究结果表明,超级增强子的转录爆发先于相关基因的转录爆发,这为理解转录调控机制提供了新的线索。通过scGRO-seq技术,不仅能够深入探究转录的动态特性,还能揭示转录信号的起源和传播,为转录调控机制和增强子在基因表达中作用的研究提供了有力的工具。总之,scGRO-seq技术的提出和应用,为研究者理解基因表达的复杂性和动态性提供了新的手段,也为未来的生物学研究开辟了新的方向。
  • 《单细胞测序揭示人类胚胎 DNA 甲基化动态》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:huangcui
    • 发布时间:2017-12-27
    • 2017 年 12 月 19 日,北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心、生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和北京大学第三医院乔杰研究组合作在国际知名学术期刊《自然遗传学》上在线发表题为“Single-cell DNA Methylome Sequencing of Human Preimplantation Embryos”的文章。该团队利用单细胞 DNA 甲基化组高通量测序方法,首次在单细胞分辨率对人类植入前胚胎发育过程进行了更加深入的分析,揭示了人类早期胚胎 DNA 去甲基化和从头加甲基化的动态变化、父母本基因组差异甲基化等关键特征。 在哺乳动物基因组上,胞嘧啶(主要是 CpG 二连体中的胞嘧啶)在 DNA 甲基化酶的催化下会发生甲基化。研究显示,DNA 甲基化对多个生物学过程都至关重要,如基因表达抑制、转座子转录活性调节、X 染色体的失活,以及基因组印记的维持等。北京大学汤富酬教授团队与北医三院乔杰教授团队长期密切合作,一直着力于探索人类发育过程中表观遗传学修饰层面的变化。该团队利用国际领先的微量细胞 DNA 甲基化组高通量测序技术,于 2014 年在国际上首次绘制了人类植入前胚胎发育过程中的 DNA 甲基化组图谱 (Guo et al., 2014),并进而于 2015 年首次绘制了人类原始生殖细胞的转录组和 DNA 甲基化组图谱(Guo et al., 2015),为深入理解人类早期胚胎发育过程中的两轮 DNA 甲基化组重编程过程的主要特征提供了重要参考。 为了进一步在单细胞分辨率研究 DNA 甲基化重编程过程的动态特征,该团队利用单细胞全基因组 DNA 甲基化组高通量测序技术,对人类植入前胚胎发育的各个关键阶段进行了单细胞、单碱基分辨率的系统研究,主要发现有: (1)首次发现了人类植入前胚胎发育过程中存在大量特异性的 DNA 从头加甲基化。此前研究显示在着床前的早期胚胎发育过程中只有大规模的 DNA 去甲基化。而此次研究数据显示,精子和卵细胞结合受精之后,在人类早期胚胎大规模 DNA 去甲基化的同时,也存在大量高度特异的 DNA 从头加甲基化,这表明在人类早期胚胎第一轮 DNA 甲基化组重编程过程中,全局的 DNA 去甲基化‘净结果’实际上是高度有序的大规模 DNA 去甲基化和局部 DNA 加甲基化两种分子过程相互拮抗产生的动态平衡的结果。该研究同时发现,这些 DNA 从头加甲基化起主导作用的区域主要集中在 DNA 重复序列区域,暗示 DNA 从头加甲基化过程对抑制潜在的转座子转录活性、维持基因组稳定具有重要的调控功能。 (2)首次发现从二细胞胚胎阶段开始父母本基因组上的剩余甲基化水平发生逆转,在同一个单细胞中母本基因组上的剩余甲基化水平显著高于父本基因组上的剩余甲基化水平。通过杂合 SNP 信息精准区分每个单细胞中父本和母本基因组 DNA 甲基化情况,该研究发现父本基因组去甲基化的速度远比母本基因组快,胚胎发育到二细胞阶段以后,父本基因组的 DNA 甲基化水平远低于母本基因组的 DNA 甲基化水平,而且这一特征一直持续到着床后的胚胎阶段。首次揭示了即使在第一轮 DNA 甲基化组重编程结束后,在着床后的胚胎以及胚外组织中父母源的 DNA 甲基化仍然是不对称分布的,母本来源的 DNA 甲基化记忆要多于父本来源的 DNA 甲基化记忆,对早期胚胎发育的潜在影响可能更大。 (3)首次发现 DNA 甲基化在早期胚胎卵裂过程中的不对称分配可以用来追溯同一个胚胎中每个细胞的遗传谱系。 此项研究工作首次实现了人类早期胚胎发育过程中 DNA 甲基化组重编程在单细胞分辨率和单碱基精度的深入研究,新的研究结果对于我们进一步理解 DNA 甲基化在早期胚胎发育过程中的动态、精准调控,父母本基因组甲基化差异,以及每个胚胎内部不同单细胞间 DNA 甲基化组的异质性都具有非常重要的意义. 北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心朱平博士(现为中国医学科学院血液病医院血液学研究所副研究员)、郭红山博士、侯宇博士,以及北京大学第三医院博士生任一昕为该论文的并列第一作者;北京大学生命科学学院汤富酬研究员、北京大学第三医院乔杰教授、闫丽盈研究员为该论文的共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、北京市科学技术委员会、国家高技术研究发展计划、北京未来基因诊断高精尖创新中心的资助