单细胞多组学测序技术的新里程

该研究报道了一种新兴的单细胞多组学测序技术：scNanoCOOL-seq，该方法可以同时分析同一个细胞中的基因组（拷贝数变异）、DNA甲基化、染色质可及性和转录组信息，从而实现在单个细胞内进行多组学分析。

scNanoCOOL-seq是在scCOOL-seq和scNOMe-seq的基础上发展而来的。scCOOL-seq/scNOMe-seq是一种单细胞多组学测序技术，可以同时检测基因组、转录组、染色质可及性和DNA甲基化。传统的单细胞测序方法主要依赖于二代测序平台，其读长通常为300bp，难以满足对长基因组区域内表观遗传修饰与转录组互动关系的深入研究需求。而基于三代测序平台的测序方法（如Oxford Nanopore和PacBio SMRT）虽然具备高通量和长读长的特点，但在单细胞水平的应用和多组学层面的综合研究仍然面临挑战。

为了解决这个问题，研究人员开发了一种基于纳米孔测序平台的scCOOL-seq方法，称为scNanoCOOL-seq。scNanoCOOL-seq利用长度长测序，可以检测全长CpG岛（CGIs）和基因启动子的表观遗传特征，以及具有结构变异（SVs）的基因组区域。此外，它还提供了在单个细胞内分析等位基因特异性表观遗传状态的机会，例如印迹控制区域的等位基因特异性DNA甲基化和染色质可及性状态，该方法已成功应用于分析小鼠的早期和晚期囊泡，揭示了囊胚发育过程中DNA甲基化和染色质状态的动态变化。

scNanoCOOL-seq技术主要采用亚硫酸氢盐转化和单条码的PCR扩增策略，可以获得大约900个碱基对的DNA片段。如图1所示，scNanoCOOL-seq的实验流程可以概括为以下几个步骤：

• 以温和的方式裂解细胞，然后使用DNA转移酶M.CviPI对单细胞DNA进行甲基化处理，接着将单细胞的核和细胞质分离。

• 对于分离出的细胞核部分：经过亚硫酸氢盐处理和PBAT样本文库构建后，进行单条码PCR扩增，以便在纳米孔平台上进行单分子测序。

• 对于细胞质部分：用于构建scRNA-seq文库（采用优化的STRT-seq方法）。

2、可行性验证

研究人员使用了人类胚胎干细胞和人类单核细胞等样本，以评估scNanoCOOL-seq的性能。在这些实验中，研究人员评估了scNanoCOOL-seq在检测基因组（拷贝数变异）（图2a）、转录组、染色质可及性（图2b, c）和DNA甲基化（图2b, d）方面的表现，并与其他单细胞测序技术进行了比较。结果表明，scNanoCOOL-seq可以在单个细胞内进行多组学分析，并且可以检测全长CpG岛（CGIs）和基因启动子的表观遗传特征，以及具有结构变异（SVs）的基因组区域。此外，scNanoCOOL-seq还可以分析单个细胞内的等位基因特异性表观遗传状态，例如印迹控制区域的等位基因特异性DNA甲基化和染色质可及性状态。

3、技术优势相比较其他单细胞测序技术，scNanoCOOL-seq具有以下优点：

⏩可以同时检测基因组、转录组、染色质可及性和DNA甲基化。

⏩可以检测全长CpG岛（CGIs）和基因启动子的表观遗传特征。

⏩可以检测具有结构变异（SVs）的基因组区域。

⏩可以提供在单个细胞内分析等位基因特异性表观遗传状态的机会。

scNanoCOOL-seq技术整合了三代测序平台的优势和scCOOL-seq原理，为科研人员提供了一种前所未有的单细胞多组学测序方法。这一创新性的方法有望推动对单细胞内表观基因组与转录组互动关系的深入研究，为科学界带来了全新的机遇。