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本文介绍了空间可接近染色质、细胞谱系和基因表达测序（SPACE-seq）技术，它利用多聚腺苷酸尾表观基因组文库，在标准全转录组试剂基础上实现空间多组学分析。该技术能剖析肿瘤微环境等，为研究复杂组织多组学景观提供了统一分子方法。
### 研究背景与目的
细胞在组织内的空间组织对维持正常功能至关重要，在疾病状态下常被破坏。为深入了解细胞在复杂组织中的空间组织，虽已有多种技术从蛋白质、RNA 和 DNA 层面进行研究，但现有的空间多组学方法常依赖特殊设备和试剂，限制了其应用。因此，研究团队开发了 SPACE-seq 技术，旨在利用广泛可得的空间转录组学平台，实现对基因表达、染色质可及性和线粒体 DNA 突变等多种分子特征的同步分析，为研究复杂组织的多组学景观提供统一的分子策略。
SPACE-seq 技术原理与优化
- 技术原理：该技术基于转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）进行改进，通过给 Tn5 转座酶加载含有 3′多聚腺苷酸（polyA）突出端的适配体，使染色质片段带上 polyA 尾巴，进而利用标准空间转录组学试剂捕获这些片段，实现对复杂组织空间表观基因组和转录组的研究。
- 关键参数优化：研究人员针对三个关键步骤进行系统测试。在开发 polyA 加载转座体时，比较不同长度的 polyA 适配体和不同连接酶的效果，发现 15 碱基对（bp）的 polyA 适配体在转录起始位点（TSS）的富集效果更好，且 T7 DNA 连接酶比 T4 DNA 连接酶能产生更高质量的数据。在优化组织通透条件时，探索了磷脂酶 A2（PLA2）的作用，发现其能提高小鼠脑样本的批量 ATAC-seq 数据质量。基于这些结果，确定在 SPACE-seq 中使用 15 bp polyA 适配体、T7 DNA 连接酶和 PLA2。
SPACE-seq 技术在不同组织样本中的应用
- 小鼠脑组织样本：使用小鼠脑组织切片，比较 Visium v1 和 v2 CytAssist 工作流程，发现 Visium v2 CytAssist 工作流程能显著增加 ATAC-seq 片段的数量，但基因表达（GEX）的 UMI 数量略有降低。对获得的空间 ATAC 和空间 RNA 数据进行分析，通过无偏降维和聚类，结果独立重现了小鼠脑的已知组织结构，且空间 RNA 基因表达和空间 ATAC 基因可及性在各簇间高度一致，还确定了可能控制标记基因表达的调控元件。
- 人类胶质母细胞瘤样本：应用 SPACE-seq 技术分析存档的人类胶质母细胞瘤样本，尽管样本已保存数年，仍获得了高质量的空间 ATAC-seq 和空间 RNA-seq 数据。对数据进行降维和聚类分析，并整合结果得到统一的聚类分配，确定了四个不同的簇。各簇具有不同的细胞特征，如 C1 表现为间充质样缺氧特征，C2 具有恶性间充质样细胞特征等，这些结果与先前文献报道的胶质母细胞瘤转录细胞表型相符。此外，还利用空间表观基因组数据确定了可能导致转录表型的调控元件和转录因子。
SPACE-seq 技术在肿瘤研究中的深入探索
- 线粒体 DNA（mtDNA）变异分析：研究人员假设空间 ATAC-seq 映射到线粒体基因组的读数可用于识别肿瘤内的 mtDNA 变异。利用 mgatk 工具，在胶质母细胞瘤样本中鉴定出 12 个推定的线粒体变异，这些变异的异质性大于 50%，且普遍存在于肿瘤组织中，可能起源于种系。虽然样本供体年轻，可能无法鉴定出真正的体细胞变异，但研究仍展示了 SPACE-seq 在空间定位 mtDNA 基因型方面的潜力。
- 染色体外 DNA（ecDNA）分析：研究发现空间 ATAC-seq 数据可用于研究肿瘤生物学的其他方面，如 ecDNA 的异质性和体细胞进化。通过分析染色体 7p11 上的染色体外扩增区域，鉴定出 EGFR 基因的推定驱动突变，并估计了肿瘤中 ecDNA 的拷贝数（CN）。结果显示，EGFR ecDNA CN 在间充质样簇 C1 和 C2 中富集，且 EGFR 的基因可及性和基因表达在不同簇中存在差异，表明肿瘤微环境可能影响癌基因表达和 ecDNA 的染色质可及性。
SPACE-seq 技术的优势与展望
SPACE-seq 技术能在标准全转录组空间平台上同时捕获空间 ATAC-seq、RNA-seq 和 mtDNA 突变，通过统一的分子策略，无偏地剖析细胞状态的多个层面。该技术与现有的空间转录组学试剂兼容，随着相关平台性能、分辨率和成本的不断改善，有望成为研究复杂组织多组学和克隆动态的强大工具。未来，该技术还可进一步整合和扩展，纳入更多的数据模态，如空间蛋白质标记或空间 DNA 甲基化分析，加速空间多组学领域的研究进展。
