单细胞染色质可及性分析和转录组测序是单细胞基因组学中应用最广泛的技术。

  2024年3月26日，浙江大学郭国骥团队在Cell Discovery(IF 34)在线发表题为”Fast and flexible profiling of chromatin accessibility and total RNA expression in single nuclei using Microwell-seq3“的研究论文，该研究提出了Microwell-seq3，一个高通量和便捷的平台，用于高灵敏度的单核染色质可及性或全长转录组分析。该方法结合了预引策略和可穿透的单核装载和DNA扩增芯片管，因此不需要专门的设备。

  该研究使用Microwell-seq3分析了来自多个成年小鼠组织的20多万个单个细胞核的染色质可及性，以及约5万个细胞核的全长转录组。与现有的多聚腺苷化转录物捕获方法相比，对细胞类型特异性调控元件和总RNA表达的综合分析揭示了大脑中全面的细胞类型异质性。基于染色质可及性分析的基因调控网络提供了一种改进的细胞类型通信模型。最后，该研究证明了Microwell-seq3可以识别老年小鼠自发性肺肿瘤中的恶性细胞及其特异性调控。研究人员设想Microwell-seq3在许多研究领域的广泛应用。

  在过去的几十年里，单细胞组学的技术进步导致了健康和疾病中细胞和分子生物学方面知识的发展。目前，单细胞组学已经涵盖了基因组、转录组、染色质可及性、蛋白质组和其他层的表观基因组。基于平板的方法初步形成了单细胞转录组学领域。后来，不同的单细胞条形码方法，包括基于液滴的微流控芯片、微孔和池分裂策略，显著提高了单细胞测序的吞吐量。

  然而，商业化平台(如10X Genomics)或无仪器策略(如Parse Biosciences, Fluent Biosciences)仍然很昂贵。此外，敏感性仍然是大多数单细胞分析的一个问题。例如，许多基于oligo-dT的高通量方法仅捕获聚腺苷化转录本的3 '端，而没有全长覆盖。转座酶可及染色质测序(ATAC-seq)的常用高通量检测方法通常使用固定核，这可能导致转录起始位点(TSS)富集分数相对较低。

  microwell-seq3工作流程(Credit: Cell Discovery)

  为了克服单细胞RNA-seq中3′端偏倚的局限性，开发了全长单细胞转录组测序方法，以高灵敏度检测总RNA。基于平板的全长全转录组方法受到吞吐量和分选仪器的限制。微流控系统的特性也增加了一些全长方法制备文库的难度。为了提供一种低成本的单细胞测序方法，研究人员之前开发了Microwell-seq和Microwell-seq 2.0，使用现成的试剂进行3 '端转录组分析。然而，复杂的加载流程限制了现有协议的应用。

  该研究提出了Microwell-seq3，它易于装载，适用于单核RNA-seq (snRNA-seq)和snATAC-seq。Microwell-seq3采用随机引物捕获非聚腺苷化转录本和聚腺苷化转录本。对于高通量的snATAC-seq, Microwell-seq3优化了新鲜或冷冻细胞核的标记步骤，以获得高质量的TSS富集。研究方法结合了组合索引策略和芯片管设计，而不需要任何专门的设备。该研究利用Microwell-seq3构建了多个成年小鼠组织的转录组学和染色质可及性景观。最后，该研究对老年小鼠自发性肺肿瘤的拷贝数变异(CNVs)和调控网络进行了表征，以确定恶性细胞的分子状态。

  原文链接https://www.nature.com/articles/s41421-023-00642-z