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在这个全民单细胞的时代，如果把现有的科研项目进行一场“选秀battle”，作为“金主爸爸”的科研人，给“自家选手”准备什么样的秘密武器才能助它脱颖而出，顺利登顶出道呢？看完本期scATAC-seq文献解读，或许能帮您乘风破浪，飞云踏海。 本期文献来源于19年8月份斯坦福大学研究团队关于人类免疫细胞发育和肿瘤内T细胞衰竭机制的研究，相关成果发表于顶级期刊《Nature Biotechnology》中。  实验设计 样本信息： 1. 16个健康人体的外周血和骨髓样本（共计63882个细胞） 2. 7个基底癌组织样本（共计37818个细胞） 流式分选：T细胞（CD45+CD3+），非T免疫细胞（CD45+CD3-）和基质/肿瘤细胞（CD45-） 实验平台：10X Genomics 测序技术：scATAC-Seq 研究结果展示 1 人类造血细胞染色质可及性研究 作者对16个健康个体的外周血和骨髓细胞样本进行分析，确定了样本中存在31个细胞亚群（图1a.b），并基于开放区域peak和特异性的顺式调节元件进行分类（图1 d），发现细胞从早期造血祖细胞到晚期造血祖细胞是连续分化的状态（图1b.c）。为弥补peak分析受DNA拷贝数限制的局限性，作者利用基因评分（gene score）进一步支持了上述细胞分群结果，确定了免疫细胞亚群（图1e）。此外，作者在单个基因位点内也鉴定出了细胞类型特异性的顺式元件，这说明自身免疫疾病可能与染色质可及性有关。  图1 造血细胞的染色质可及性 2 免疫细胞谱系的调控轨迹 研究者通过对骨髓和血液单细胞染色质可及性的相似性分析，逆向重建B细胞的分化谱系轨迹，并生成了B细胞的单细胞拟时序发育轨迹（图 2a-c）。对参与该过程的10000个顺式元件动态及可及性分析，确定了在B细胞发育中的每个阶段都存在特定的动态调控元件（图2d-f）。这表明scATAC-seq数据可识别细胞分化的顺式和反式调节因子。作者进一步对CD34+细胞和树突状细胞（DCs）重新聚类和拟时序分析，以确定决定髓系的命运调节因子（图2 g-k）。   图2 免疫细胞的拟时序分析 3 基底癌免疫细胞的染色质可及性 研究者对7个使用PD-1阻断免疫法治疗前后的基底癌（BCC）患者的37818个细胞进行scATAC分析，确定了20个细胞亚群，不同患者的免疫细胞基本聚类（图3b），而肿瘤细胞分群明显，表现出了明显的患者特异性（图3c），这说明参与肿瘤发生的调节因子存在不同的激活调控机制。通过分析肿瘤细胞的拷贝数变异（CNV）（图3 e）也进一步确定肿瘤细胞中潜在的基因组改变情况。   图3 癌组织中免疫细胞的染色质可及性 4 PD-1阻断后T细胞衰竭的表观遗传景观 作者通过肿瘤内T细胞重新聚类（图4 a,b）和调控元件分析表征了T细胞衰竭的表观遗传景观。PD-1阻断治疗后，患者呈现出T细胞亚群的扩张（图4c），CD4+T细胞和CD8+T细胞均受到影响，同时T细胞衰竭引起染色质可及性的全局重构（图4d）。而拟时序分析则揭示了调控元件在不同亚群中的作用进而引起T细胞衰竭（图4e-g）。进一步对耗竭T细胞（TEx）和辅助T细胞（Tfh）的表观遗传关系研究发现，在PD-1阻断后，两种细胞分化过程的调控模式可能相同，而Tfh细胞的分化轨迹揭示了邻近Tfh的特异性顺式元件的可及性（图 4 h-k）。   图4 T细胞衰竭机制 ==文献总结== 综上，研究者绘制出大规模平行的人类免疫细胞发育和BBC肿瘤内T细胞衰竭的单细胞染色质图谱，应用scATAC-seq发现了人类造血过程中重要的顺式和反式调控元件，重建细胞类型衍化轨迹和特异性的顺式和反式调节图谱，并揭示了BCC患者T细胞衰竭机制。该研究进一步指导scATAC-seq能够无偏地准确解构基因调控网络。 |
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