Cell Research | 刘晓雨/高绍荣等合作建立DeChIC-seq技术，突破单细胞转录因子结合检测难题

在单细胞水平解析组蛋白修饰、染色质相关蛋白（Chromatin-associated proteins，CAPs）及转录因子（Transcription factor，TFs）等在基因组上分布的动态变化对于理解细胞异质性背后的基因表达调控机制具有重要意义。然而，现有的单细胞组蛋白修饰或转录因子结合位点检测方法主要依赖基于免疫沉淀（Immunoprecipitation，IP）或染色质片段富集的策略，需要对大量细胞进行条形码（barcode）标记，通过生物信息学方法拆解出单细胞的信号进行分析。这类方法不仅对样品起始量提出较高要求，在检测的灵敏度与准确性上也有待提升。尤其是对于转录因子而言，其染色质结合事件本身具有稀疏性和瞬时性，这进一步加剧了其信号检测的难度。因此，在以单个乃至数个细胞为起始材料的条件下构建蛋白质-DNA相互作用图谱，仍然是当前表观基因组学领域面临的关键挑战。

近日，同济大学刘晓雨、高绍荣、王晨飞、张家民教授团队合作在Cell Research发表了文章Genome-wide profiling of histone modifications and transcription factor binding at single-cell resolution by DeChIC-seq，创新性地建立了DeChIC-seq（DNA Deaminase-based Chromatin Immuno-Conversion sequencing）方法。该方法巧妙利用了双链DNA脱氨酶DddA与Protein A（pA）的融合蛋白。在抗体的介导下，该融合蛋白能原位锚定至目标蛋白的染色质结合区域，并诱导结合位点周围DNA序列发生结合位点特异性的脱氨，实现C-to-U的碱基转换（图1）。这一策略摒弃了传统的免疫沉淀步骤，直接在基因组上以碱基级分辨率“记录”下蛋白质-DNA的相互作用信息。

图1：DeChIC-seq技术原理

实验数据显示，DeChIC-seq在检测H3K4me3等活性组蛋白修饰时，展现出与经典ChIP-seq高度一致的基因组分布模式；同时，在CTCF等染色质结合蛋白的检测中，该方法能敏锐捕捉到以Motif为中心的局部信号变化，证明了其在构建高分辨率图谱方面的卓越能力。

技术突破：实现单细胞起始量的蛋白质-DNA相互作用检测

在此基础上，团队进一步结合单细胞全基因组扩增（WGA）技术，成功开发了基于单细胞的scDeChIC-seq技术。该方法可以由一个细胞起始检测，突破了传统方法细胞量的限制。结果显示，该技术不仅在单细胞水平获得了稳定的全基因组转换信号，且其群体聚合结果与大量细胞数据高度吻合，能够准确区分细胞类型并保留谱系特异性特征。

研究团队利用scDeChIC-seq技术，系统描绘了小鼠早期胚胎发育过程（涵盖桑椹胚、内细胞团及滋养外胚层）中组蛋白修饰H3K4me3与染色质相关蛋白CTCF、RAD21的分布特征，揭示了不同谱系细胞在发育过程中染色质调控状态的重塑过程。此外，本研究为传统方法所观测到的早期胚胎中broad H3K4me3与ncH3K4me3结构域提供了单细胞分辨率的真实信号分布图谱，从而阐明了基于群体测序方法所揭示的该类结构域的生物学本质。

重要的是，针对结合丰度和稳定性都较低的传统转录因子，scDeChIC-seq仍能成功检测到稳定的结合信号，包括NR5A2、TFAP2C和KLF5等。与传统方法使用上千个细胞获得的数据相比，两者表现出较高的一致性，充分验证了该技术在稀缺生物样本分析中的灵敏度与稳定性（图2）。

图2：scDeChIC-seq技术流程及其对早期胚胎中关键转录因子的结合位点检测

本研究开发的DeChIC-seq及scDeChIC-seq技术，通过“原位记录”替代“免疫沉淀”，成功解决了低起始量样本中蛋白质-DNA相互作用检测的难题。这一技术突破为在单细胞水平解析转录因子驱动的基因表达调控网络开辟了新的路径，将在人类胚胎发育、肿瘤异质性及罕见细胞群体研究中发挥重要作用。

同济大学博士生师知非和陈西洋为本文的共同第一作者。刘晓雨教授、高绍荣教授、王晨飞教授及张家民教授为本文的共同通讯作者。

https://doi.org/10.1038/s41422-026-01275-z

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