《Nature》新技术绘制出细胞读取基因组的位置和方式

增加对细胞如何读取基因组的了解可以推动个性化医疗领域的发展。

发表在《Nature》杂志上的一项新研究报告称，一种被称为空间组学的技术可以用来同时绘制基因是如何打开和关闭的，以及它们在组织和器官的不同区域是如何表达的。这项由耶鲁大学和卡罗林斯卡研究所的研究人员开发的改进技术，可以揭示组织的发育，以及某些疾病及其治疗方法。

人体内几乎所有的细胞都有相同的一组基因，原则上可以分化成任何类型的细胞。细胞的区别在于我们DNA中的基因是如何被使用的。近年来，空间组学让我们对细胞如何在组织的精确位置读取基因组有了更深入的了解。现在，研究人员进一步发展了这项技术，以增加对组织如何发育以及不同疾病如何产生的知识。

这项研究的一个关键部分是，研究人员能够同时在空间上绘制我们基因构成的两个关键组成部分——表观基因组和转录组。表观基因组控制着在单个细胞中开启和关闭基因的开关机制，而转录组则是这些基因表达的结果，也是每个细胞独一无二的原因。

能同时检测输入和输出吗

表观基因组可以被认为是一个保险丝盒。你可以拨动开关，但如果你看不见灯是否亮着，你的信息就有限了。通过对表观基因组和转录组进行空间映射，研究人员开发了一种技术，可以在同一组织切片中检测输入(打开或关闭基因)和输出(基因表达)。这项新技术为组织中精确位置的基因调控带来了前所未有的见解。

在这项研究中，研究人员调整并结合了他们以前开发的技术来绘制表观基因组和转录组，并将这些技术应用于小鼠大脑和人类脑组织。

作者说：“现在我们可以将两者结合起来，我们可以看到基因是如何打开和关闭的机制，以及结果，这让我们得到了一些意想不到的观察结果，这让我们进一步了解这些过程是如何在不同的组织区域受到调节，并导致不同的细胞命运。”

推进个性化医疗领域

这项工作可以使研究人员更接近于了解药物治疗的潜在基因靶点，并有助于推进个性化医疗领域。

“未来有了这项技术，我们将能够真正了解每个患者体内的促癌基因和抑癌基因是如何受到表观遗传机制的调控的，”耶鲁大学教授、该论文的通讯作者Rong Fan说。“整个表观遗传治疗领域刚刚兴起，但我认为我们的技术有潜力为表观遗传药物的发现提供支持。”

原文：“Spatial epigenome–transcriptome co-profiling of mammalian tissues”. Di Zhang, Yanxiang Deng, Petra Kukanja, Eneritz Agirre, Marek Bartosovic, Mingze Dong, Cong Ma, Sai Ma, Graham Su, Shuozhen Bao, Yang Liu, Yang Xiao,Gorazd B. Rosoklija, Andrew J. Dwork, J. John Mann, Kam W. Leong, Maura Boldrini, Liya Wang, Maximilian Haeussler, Benjamin J. Raphael, Yuval Kluger, Gon?aloCastelo-Branco, RongFan. Nature, online 15 March 2023