《Nature》發布單細胞研究又一重大成果：如何通過染色質追溯胚胎髮育

EMBL和華盛頓大學的研究人員發現，細胞類型和發育階段都可以通過檢測單個細胞的染色質開放性（chromatin accessibility）推導出來。他們利用這種方法揭示了發育胚胎中的細胞如何調控自己的命運，發育成什麼類型的細胞。

這一研究成果公布在3月14日的Nature雜誌上。

染色質開放性

染色質是DNA和蛋白質緊密盤繞的結構，用於將遺傳信息存儲在細胞核內。人類細胞中的染色質含有約兩米的DNA，包裝成小於百分之一毫米的核。諸如啟動子和增強子之類的調控元件是調節基因表達水平和蛋白質生成的DNA短片段，並最終決定了各個細胞不同的細胞類型。

染色質開放性是指真核生物染色質DNA在核小體或轉錄因子等蛋白與其結合後，對其他蛋白能否再結合的開放程度。這一特性反映了染色質轉錄活躍程度，結合其他DNA修飾（如甲基化）信息，特定條件下的染色質開放性變化可以提供大量的基因表達調控信息，為各種蛋白結合新位點的發現指明方向。

為了研究分析胚胎中的所有不同細胞類型，研究人員採用了一種新的方法。之前，研究人員必須首先分離不同的細胞類型，然後分批研究每種類型的染色質。這種冗長的方法提供了給定單元格類型的數千個單元格的平均視圖。

「以前的研究利用RNA含量的差異來鑒定細胞類型及其發育軌跡，」文章作者，華盛頓大學醫學院Jay Shendure說，「在這篇文章中，我們測量了單個細胞中染色質的狀態，其中包含調控程序，以及該程序如何控制每個細胞中RNAs的表達方式和時間的。」

「這是我們第一次觀察到這些表達特徵如何被調控，又是如何在早期發展過程中驅動單細胞軌跡的，」文章的另外一位作者，EMBL工作的Eileen Furlong說。

這種新的更系統化的方法使研究人員能夠同時分析胚胎中的所有不同細胞類型，而且重要的是以單細胞解析度進行分析。

「我們希望這種方法也可以節省世界各地其它實驗室研究人員的時間」。

果蠅研究

具體來說，研究人員對果蠅胚胎進行了分析，果蠅胚胎是發育生物學和疾病模型的一個非常重要的模式生物。

研究人員確定了數千個以前未知的調控元件，這些調控元件僅用於一部分細胞，可以預測每個元件在發育過程中何時何地處於活動狀態。這些都揭示了細胞類型之間的巨大差異，並為未來的研究提供了強有力的資源。

未來，研究小組還計劃擴大這項研究，整合胚胎髮育過程中細胞命運決策的多調控機制。

原文標題

The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single cell resolution

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