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基因表达的时空调控对于组织发育尤为重要。基因组的调控，往往与基因附近的组蛋白和DNA修饰等相关，其称为表观基因组（Epigenomics）。最新发展的单细胞表观基因组测序方法（scCUT&Tag，Paired-Tag等）测量了单细胞中表观修饰的分布，然而缺失了细胞的空间位置信息。但是细胞的组织方式和空间分布与细胞的作用和种类密切相关。单细胞层面上原位测量表观基因组能更好地揭示细胞空间分布与基因调控的联系。
2022年10月21日，来自美国哈佛大学的庄小威课题组在Cell上发表Spatially resolved epigenomic profiling of single cells in complex tissues的研究论文（第一作者为陆天博士和Cheen Euong Ang 博士）。文章介绍了一种新方法，Epigenomic MERFISH， 突破性地实现了高空间分辨率（<1微米）和高基因组分辨率（可以探测~270 个碱基上的表观修饰）地在单细胞上原位探测表观基因组。
作者首先利用抗体识别表观修饰基团，然后通过合成蛋白Protein A-Tn5，以Protein A识别抗体，并通过转座酶Tn5将T7启动子序列插入修饰基团附近的DNA中，随后通过体外加入T7 转录酶转录DNA，产生大量的RNA, 从而可以被大通量可纠错荧光原位标记（MERFISH）探针识别并测量。作者通过测序T7转录的RNA确认了其探测的RNA与其他表观基因组测序方法相符合，其次通过测量单细胞中必需基因的启动子分布，估算出方法的探测效率是~35%，同时在结合免疫荧光标记核结构后，发现该方法标记的亚细胞结构符合预期分布，进一步确认了其空间分辨率。
作者然后在成年小鼠皮层中在单细胞层面上，以及在胚胎鼠脑中测量了H3K4me3和H3K27ac两种修饰来估计启动子和增强子的分布，从空间分布的相似性发现了某些基因可能的增强子，并发现了单基因的多增强子位点，揭示了发育中基因保持表达水平的可能机制。
Epigenomic MERFISH 提供了一种方法可以用和RNA或DNA FISH相比少量的探针来大规模的测量表观基因组的空间分布，用抗体探测的特性使Epigenomic MERFISH不仅可以检测组蛋白和DNA修饰，还可以检测转录因子和长非编码RNA在基因组上的结合分布。未来该方法可以继续发展为单细胞层面多表观修饰的检测和与RNA或 DNA FISH相结合，极大地丰富空间多组学研究方法并加速对于基因调控修饰的研究。
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.09.035
制版人：十一
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