nano-CT:加持创新纳米抗体,解码单细胞染色质
项目简介
基因的转录、剪接、稳定性、翻译等关键过程都受到表观遗传修饰的精密调控。近年来,CUT&Tag技术作为研究染色质和基因组调控的强大工具,取得了显著进展。然而,传统的CUT&Tag主要针对细胞群体进行分析,无法捕捉单细胞水平的异质性。即使理论上CUT&Tag可以实现单细胞解析,但受限于通量和操作难度,其应用存在不足。
随着近些年单细胞测序技术的飞速发展,许多表观组学测序技术渐渐迭代到单细胞水平,单细胞表观组学技术将为表观遗传学研究注入强大新动力。表观生物正式推出基于创新的纳米抗体-Tn5融合蛋白(nano-Tn5)和微流控平台的单细胞CUT&Tag测序技术“nano-CT”,具备高灵敏度、模态选择灵活、高分辨率等优势,可实现对单个细胞染色质状态和转录因子结合的精准分析。nano-CT不仅能够揭示不同细胞类型之间的差异,更能深入探究同一细胞类型内部的异质性,实现更高精度的表观遗传景观。nano-CT作为新晋得力助手,可应用于发育生物学研究、神经科学研究、肿瘤异质性分析、临床转化研究和表观遗传调控机制等相关研究领域。
图1. nano-CT技术流程[1,2]
技术流程
提取细胞核,制备单细胞悬液→细胞膜透化→加入目标蛋白抗体和纳米抗体-Tn5融合蛋白→DNA的标签化和片段化→液滴生成→PCR扩增DNA片段。构建nano-CT文库→高通量测序→生物信息学分析
技术应用
1. 研究不同细胞亚群的染色质状态差异,揭示细胞命运决定和功能分化机制;
2. 分析肿瘤细胞的染色质异质性,鉴定肿瘤标志物,研究肿瘤的发生发展机制,以及开发新的治疗策略;
3. 研究胚胎发育过程中细胞染色质状态的变化、细胞分化轨迹追踪等,揭示细胞分化和器官形成的机制;
4. 分析免疫细胞的染色质图谱,研究免疫应答和免疫疾病的机制;
5. 研究神经元和胶质细胞的染色质状态,揭示神经系统发育和功能的调控机制;
6. 研究DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传修饰在基因调控中的作用;
7. 鉴定转录因子结合位点,研究基因调控网络的结构和功能;
8. 与其他组学数据联合分析,或整合单细胞多组学,构建多层次调控网络。
技术优势
🔬更高灵敏度和更多片段数,低背景噪音,提升稀有细胞群检出率
📊 支持多模态检测,更深入理解基因调控网络
💡 创新的纳米抗体-Tn5设计,省略二抗步骤,简化实验流程,提高捕获效率
送样要求
细胞
细胞量3×105~4×105,细胞活性>85%,细胞大小5-40 um,细胞结团比例<10%,细胞悬液中无明显细胞碎片等杂质
组织
≥0.1g/样本
分析内容
基本分析
1.数据总览
2.数据处理与质控
3.Peak注释
4.有效细胞数
5.Peak-Cell Barcode矩阵
6.插入片段统计
7.文库复杂度分析
8.细胞分群及可视化
9.标记基因功能富集分析
高级分析
1.组间差异染色质开放区域靶基因GO、KEGG分析
2.Motif 分析
3.细胞轨迹分析
个性化分析(评估收费)
1.组间差异染色质开放区域分析
2.其它(定制)
图2. 片段数
l nano-CT应用与数据展示
nano-CT研发者应用该技术研究了幼年小鼠大脑的表观遗传景观[2],并取得了比传统scCUT&Tag更高的分辨率和灵敏度(图2)。作者使用nano-CT同时分析染色质可及性、H3K27ac和H3K27me3三种表观遗传修饰(图3),从而更精细地识别细胞类型和状态(图4)。数据分析结果显示,在基因表达位点,染色质开放先于H3K27ac的沉积(图6)。此外,研究还发现H3K27me3抑制在少突胶质细胞谱系发育过程中呈现出两个不同的波段,分别抑制不同的基因模块(图7),揭示了表观遗传调控的动态性和复杂性。通过整合ATAC和H3K27ac数据,作者计算了染色质速度,并准确预测了少突胶质细胞谱系的分化轨迹(图8)。更重要的是,染色质速度分析识别出一组关键驱动基因,这些基因在少突胶质细胞谱系分化中发挥重要作用,但难以通过传统的基因表达谱分析发现。总之,nano-CT为解析复杂生物系统中的表观遗传调控提供了强大的工具,更深入了解细胞命运决定和谱系发育等多维度信息。
图3. 多模态nano-CT数据的UMAP图
图4. 细胞类型注释UMAP
图5. 信号富集图
图6. 所有模态的元区域得分(y轴)与伪时间(x轴)之间的关系
图7. H3K27me3信号强度的热图
图8. UMAP投影和染色质速度的可视化结果
参考文献
[1] Bartosovic M, Castelo-Branco G. Multimodal chromatin profiling using nanobody-based single-cell CUT&Tag. Nat Biotechnol. 2023;41(6):794-805.
[2] Bárcenas-Walls JR, Ansaloni F, Hervé B, et al. Nano-CUT&Tag for multimodal chromatin profiling at single-cell resolution. Nat Protoc. 2024;19(3):791-830.