在一项新的研究中，美国华盛顿大学和位于德国海德堡市的欧洲分子生物学实验室的研究人员证实细胞类型和发育阶段能够从数千个单细胞的染色质可接近性（chromatin accessibility）检测中推导出来，他们利用这种方法发现正在发育的胚胎中的细胞如何调节它们的身份，从而决定着它们变成什么类型的细胞。近日，相关研究结果已发表在Nature上，论文标题为“The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single-cell resolution”，通信作者为欧洲分子生物学实验室的Eileen Furlong和华盛顿大学医学院的Jay Shendure。

这种新的和更为系统性的方法允许研究人员同时分析胚胎中的所有不同的细胞类型，并且重要的是，是在单细胞分辨率下开展分析。Furlong说，“我期待这种方法节省世界各地的实验室很多时间。”

之前，科学家们必须首先分离不同的细胞类型，然后分批地研究每种细胞类型中的染色质。这种冗长的方法提供了一种给定的细胞类型的数千个细胞的平均测量值。Shendure说，“之前的研究利用RNA含量的差异来鉴定细胞类型和它们的发育路径。在这项新的研究中，我们测量了单个细胞中的染色质状态，这种染色质状态包括控制着每个细胞中的RNA表达方式和时间的调控程序。”

染色质的作用

染色质是由DNA和蛋白组成一种紧密缠绕的结构，用于将遗传信息存储在细胞核内。人细胞中的染色质含有约两米长的DNA，而且这种DNA被包装在尺寸小于百分之一毫米的细胞核中。诸如启动子和增强子之类的调控元件是调节基因表达水平因而调节蛋白产生的短DNA片段，这最终使得细胞类型彼此不同。当细胞使用特定的调节元件时，染色质展开，从而使得它的内含物变得可接近。这就是为何Furlong、Shendure及其同事们猜测染色质可接近性能够揭示细胞如何遵循一种特定的发育路径，比如变成高度特化的肌肉细胞或神经细胞。

拥有关于染色质可接近性的单细胞信息使得这些研究人员能够确定单个细胞的身份和它是如何受到调节的。他们在果蝇胚胎中开展实验，不过这种方法可以应用于任何物种。实验结果鉴定出数千个之前未知的仅在一部分细胞中用到的调控元件，并预测每个调控元件在发育过程中在何时和何处于活性状态。这些数据揭示出不同细胞类型之间存在着很大的差异，并为未来的研究提供了一种强有力的资源。

参考文献：

Darren A. Cusanovich, James P. Reddington, David A. Garfield et al. The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single-cell resolution. Nature, 22 March 2018, 555:538–542, doi:10.1038/nature25981.