單細胞多組學解析造血發生

當前，單細胞技術如火如荼。分析其原因，首先，新技術的普及定然會引起科學領域的軒然大波，尤其是好的技術定然會對科學研究帶來強有力的便利性。單細胞測序技術最主要的優勢在於能夠反映群體細胞的異質性，所以可以讓我們能夠對模糊群體細胞進行更加精細的分析。但是，筆者認為，單細胞解析群體細胞異質性的優勢同樣也是其缺點之一，如果有機會可以細談。

今天，在這裡要和大家介紹的是最近發在Cell上的一篇文章「Integrated Single-Cell Analysis Maps the Continuous Regulatory Landscape of Human Hematopoietic Differentiation」。

該文章的通訊作者的介紹見下圖，是一位非生物醫學背景的人才，最近也是非得的高產。文章中所用到的單細胞ATAC-Seq技術就是產自這個實驗室。

總的來說，該團隊首先經過流式分選技術，選出了10群細胞，然後對這10群細胞進行單細胞ATAC測序，用以揭示細胞染色體開放狀態（表觀組學），然後結合單細胞轉錄組數據，將表觀組學與轉錄組學結合，並分析兩者的關係。通過組學的信息為造血發生過程提供了更新的知識。

首先，根據先驗知識，利用經典流式分選markers，將細胞分為10群，10群細胞包括了從HSC到成熟血細胞的全過程。

接著，將分選出的細胞進行單細胞ATAC測序，然後根據單細胞ATAC數據進行無監督譜系聚類。

根據單細胞ATAC數據可以成功勾畫出造血發生的路徑（下圖，右），該路徑與經典造血層級譜系分化（下圖，左）相似。

為了檢驗數據質量以及以上的分群是否合理，研究人員通過特徵性Motif的表達量進行了驗證。GATA1是紅系特異Motif，ID3為淋系，CEBPB為髓系，HOX家族在HSC中表達量較高。通過下圖，我們可以看到這些Motifs的高表達都是出現在了各自相應的群體。

接著，研究人員對數據進行了更加細緻的分群（14群），他們發現CMPGMP細胞可以被劃分為不同的群體，提示該群體存在較大的異質性。

所以，該團隊又利用 Markers 將髓系分化路徑中的GMP細分為三群，並且通過Bulk-RNA測序分析結果發現這三群的確存在著差異。

接下來，該團隊將研究重點放在了髓系的發育路徑上，他們發現，隨著細胞的不斷分化，其他譜系的特徵性轉錄因子的開放程度在逐漸減弱，但是髓系相關的卻在逐漸增強。

為了探究表觀組與轉錄組之間的關係，他們又對髓系發生路徑上的細胞群體進行了單細胞轉錄組測序。轉錄組數據同樣呈現出連續的漸變模式，並且髓系相關特徵性基因的表達量在逐漸上升，但其他譜系的特徵性基因的表達量卻在下降，這非常符合正常的HSC向不同譜系分化的特徵。

最後，研究人員將轉錄組數據與表觀組數據進行對比分析，他們發現兩者存在著相似的模式，並且是一種連續漸變的過程，很好的反應了造血的連續漸進過程。

文章並沒有非常核心的觀念。但是為我們提供了基礎研究的Basic Knowledge，利用單細胞ATAC測序首次揭示整個造血過程中不同階段motif的開放程度及基因的表達高低。同時，這種多組學的結合也必然是為了科研的趨勢，通過多個層面解釋關鍵的科學問題將會更加有說服力，也更加具有轉化意義！

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