转录是基因表达的主要调控步骤。传统的GRO-seq只能在细胞群中检测基因和增强子的活性，关于转录的时间调控和增强子-基因协调的基本问题未得到解决，缺乏单细胞视角。

2024年6月5日，美国麻省理工学院科赫综合癌症研究所Phillip A Sharp团队在《Nature》发表题为“Single-cell nascent RNA sequencing unveils coordinated global transcription”的研究论文。该团队开发了scGRO-seq：一种使用点击化学（Click chemistry）的新型单细胞新生RNA测序技术，可在单细胞水平上揭示全基因组的协调转录。scGRO-seq证明了转录的偶发性，并通过直接定量单个细胞中的转录RNA聚合酶来估计爆发大小和频率。

既往研究已经记录了增强子如何转录成增强子RNA或eRNA。科学家们怀疑这种转录是在增强子与其靶基因相互作用时发生的。检测eRNA的转录水平可以确定增强子何时活跃以及它靶向哪些基因。作者认为了解癌症是如何改变调控程序并激活后引起去分化和转移性生长的过程非常重要。要确定每个细胞中调控元件及其相应基因的转录激活情况，只有在单细胞水平上，才能检测到调控元件和基因之间的同步和不同步。该研究团队基于点击化学（利用两个分子标记的“点击柄”相互反应的技术）。作者设计了标记有一个点击柄的核苷酸，并让其与新生RNA链结合，使用互补的点击柄将它们拉出来进行扩增和测序。通过scGRO-seq，能从特定细胞中提取出约10%的新生RNA。这足以获得正被积极转录的增强子和基因的转录激活情况。

                                                                                                                                                         图1. scGRO-seq步骤

                                                                                                                                         图2. scGRO-seq文库制备流程

该研究表明增强子的转录爆发（burst）通常早于相关基因的转录爆发，表明增强子在基因转录启动中的关键作用。通过scGRO-seq技术，可以深入了解增强子和基因之间的协调关系，有助于揭示基因调控的复杂机制。

scGRO-seq能够精确估计单细胞内转录爆发的大小和频率，并揭示基因和增强子的共转录网络。该技术通过量化新生RNA和RNA聚合酶，提供了对单个细胞内转录活动的详细描述，揭示了功能相关基因的共同转录模式，有助于理解基因组的动态调控。

通过scGRO-seq技术，能够量化细胞周期中特定阶段的转录动态，揭示了细胞周期对基因表达的影响。通过使用细胞周期标记基因，研究表明转录活性在不同周期阶段存在显著变化，这对于理解细胞生长、分裂和功能调控具有重要意义。

该研究验证了scGRO-seq在单细胞新生RNA测序中的准确性和有效性。显示出与现有方法（如PRO-seq）的良好一致性，且效率更高、成本更低、准备时间更短。

综上，scGRO-seq是一种强大而创新的工具，可以在单细胞水平上揭示全球转录的动态特征。它不仅解决了现有方法的局限性，还提供了新的见解，有助于更好地理解基因表达的调控机制。这一技术的开发和应用标志着基因组研究的一个重要进步，对于研究细胞周期、发育和疾病中的转录调控机制具有重要意义。

参考文献

[1] Boon NJ, Oliveira RA, Körner PR, et al. DNA damage induces p53-independent apoptosis through ribosome stalling. Science. 2024;384(6697):785-792.