北京大学Nature子刊开发甲基化分析新技术

　　

生物通报道  来自北京大学的研究人员称他们开发出了一种单细胞简化代表性重亚硫酸盐测序（single-cell reduced-representation bisulfite sequencing，scRRBS），并利用它绘制哺乳动物细胞的DNA甲基化组景观图。这一重要的成果发布在4月2日的《Nature Protocols》杂志上。

北京大学生命科学学院的汤富酬（Fuchou Tang）研究员和文路（Lu Wen）助理研究员是这篇文章的共同通讯作者（延伸阅读：北大汤富酬Cell Stem Cell点评重编程研究成果 ）。

DNA甲基化是最早发现的基因表观修饰方式之一，真核生物中的甲基化仅发生于胞嘧啶，即在DNA甲基化转移酶（DNMTs）的作用下使CpG二核苷酸5’-端的胞嘧啶（C）转变为5’-甲基胞嘧啶(5mC),其参与调控了基因表达。在哺乳动物体内，DNA甲基化在分化细胞中相对稳定；相比之下，在早期胚胎发育和原始生殖细胞发育过程中会发生基因组范围的去甲基化和DNA甲基化谱式的再建立(remethylation)。

全基因组亚硫酸盐测序可让研究人员全面地查看DNA甲基化组视图，但由于它是对整个基因组进行深度测试价格非常昂贵。简化代表性重亚硫酸盐测序（RRBS）技术为我们提供了一种准确、高效、经济的DNA甲基化替代研究方法。这种方法首先采用特异性限制性核酸内切酶（通常是MspI酶）来消化基因组DNA，然后通过片段选择进行启动子及CpG岛区域的特异性富集，随后进行重亚硫酸盐处理并测序。

通过测序大约10%的小鼠或人类基因组，RRBS可有效覆盖基因组大部分信息量丰富的CpG位点，包括>70%的启动子，>80%的CpG岛和大量的CpG岛岸(CpG island shore)、增强子、外显子、3′UTRs和重复元件。但传统的RRBS技术需要毫微克量的基因组DNA作为原始材料，且不适用于单细胞。

在这篇文章中研究人员报告称，他们开发出了一种叫做scRRBS的新技术。这一技术改良了原始的RRBS的方法，在PCR扩增之前将所有实验步骤整合到单管反应中完成。这样的改良使得scRRBS能够以单碱基分辨率提供单个二倍体小鼠或人类细胞内约100万CpG位点的数字化甲基化信息。相比于单细胞重亚硫酸盐测序(scBS)技术，scRRB覆盖的CpG位点少一些，但它更好地覆盖了CpG岛——这种DNA甲基化信息量可能最丰富的元件。

这整个程序需要大约3周时间，并且要求具备较强的分子生物学技能。作者们将他们的完整实验方案详细描述在这篇Nature Protocols文章中，现在感兴趣的读者可以Nature网站上在线免费阅读全文（网页链接：http://www.nature.com/nprot/journal/v10/n5/full/nprot.2015.039.html）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Profiling DNA methylome landscapes of mammalian cells with single-cell reduced-representation bisulfite sequencing

The heterogeneity of DNA methylation within a population of cells necessitates DNA methylome profiling at single-cell resolution. Recently, we developed a single-cell reduced-representation bisulfite sequencing (scRRBS) technique in which we modified the original RRBS method by integrating all the experimental steps before PCR amplification into a single-tube reaction. These modifications enable scRRBS to provide digitized methylation information on ∼1 million CpG sites within an individual diploid mouse or human cell at single-base resolution. Compared with the single-cell bisulfite sequencing (scBS) technique, scRRBS covers fewer CpG sites, but it provides better coverage for CpG islands (CGIs), which are likely to be the most informative elements for DNA methylation. The entire procedure takes ∼3 weeks, and it requires strong molecular biology skills.

作者简介：

汤富酬研究员

2003年在北京大学获理学博士学位，2004－2010年，英国剑桥大学Gurdon研究所博士后，2010年至今在北京大学生物动态光学成像中心任研究员。主要围绕哺乳动物早期胚胎发育，研究胚胎干细胞和上胚层干细胞的自我更新能力和多能性调控的分子机理，特别是表观遗传学调控机理，以及相关的原始生殖细胞发育过程中的表观遗传学重编程机理。利用本实验室发展的单细胞microRNA表达谱分析技术、基于深度测序的单细胞数字转录组分析技术、单细胞基因分型技术、以及染色体免疫共沉淀-深度测序技术、小鼠胚胎显微操作技术深入分析多能性干细胞的动态基因表达网络和表观遗传学调控。

文路

助理研究员

研究组主页：理学博士，中南大学医学遗传学国家重点实验室，2004，遗传学
医学硕士，中南大学湘雅医学院，2000，神经外科学
医学学士，中南大学湘雅医学院，2000，临床医学（七年制本硕连读）
 
工作经历
2005-2008，北京大学生命科学学院，博士后
2009-2010，中山大学生命科学学院，讲师
2011-现在，北京大学生物动态光学成像中心，助理研究员
 
主要研究方向 ：基因组学、DNA甲基化组学和单细胞分析技术