Cell Stem Cell | 新方法GTAC实现单细胞水平染色质可及性分析和多位点基因型鉴定

原创一只鱼 BioArt

撰文 | 一只鱼

体细胞遗传变异会导致克隆嵌合体和癌症发生，研究克隆进化和癌症发生需要可以鉴定体细胞突变对于基因调控影响的实验手段，但是到目前为止，没有可以在单细胞层面将染色质可及性和基因分型有效联系起来的方法。

近日，来自英国牛津大学MRC的Paresh Vyas研究团队在Cell Stem Cell上发表题为GTAC enables parallel genotyping of multiple genomic loci with chromatin accessibility profiling in single cells 的文章，开发了GTAC（Genotyping with the Assay for Transposase-Accessible Chromatin），实现在多个位点进行基因型鉴定同时进行染色质可及性分析，通过将GTAC应用于急性髓系白血病，获得了高质量的染色质可及性图谱和克隆身份，通过克隆进化追踪染色质变化，发现不同分化阶段具有不同的克隆，并鉴定到与特定突变组合相关的染色质可及性变化。

由于大多数已知的驱动突变都发生在外显子中，而scATAC数据库大多只绘制了调控性基因组位点，scATAC数据库不能始终覆盖编码区突变，因此研究人员开发了GTAC（基因型分型结合转座酶可及性染色质区域分析方法，Genotyping with the Assay for Transposase-Accessible Chromatin）来对同一个细胞同时进行多个驱动突变的基因型分型和高质量的染色质可及性分析。

首先，为了评估该方法是否能有效捕获基因分型靶点，他们首先对K562细胞进行 GTAC分析，扩增之前已报道的突变位点，然后比较scATAC和GTAC产生的文库对K562细胞上5个位点的覆盖率，证明GATC可以实现在细胞系中对于多个突变位点的高敏感性检测。

接下来，他们评估了GTAC是否可以在增加基因型鉴定位点的情况下持续产生高质量的scATAC文库，发现靶向多个基因型位点并不会破坏scATAC文库的质量。

为了研究在原发性恶性组织中克隆结构如何与染色质可及性相关，他们对来自一名粒细胞-单核细胞祖细胞（GMP）和淋巴细胞引发的多能祖细胞（LMPP）扩增的免疫表型患者的3520个急性髓系白血病（AML）细胞进行了GTAC分析，通过整个不同位点的基因型信息，他们重构了这些细胞的克隆等级结构，即以线性方式获得TET2、ASXL1和RUNX1突变，随后分枝获得两个不同的BCOR突变克隆。然后他们将这些克隆等级结构投射到染色质可及性数据上，发现基因型显著分类到不同的表观类型中，97.5%的T/NK细胞是野生型，87.1%的HSC/MPP由TET2单突变细胞组成，混合一小部分TET2/ASXL1双突变细胞，说明这些类群是白血病前的，而与之相对的是，获得RUNX1突变或RUNX1/BCOR突变的TET2/ASXL1双突变克隆几乎全部分布于淋巴-髓系、髓系和B细胞前体类群。因此，GTAC可以将人类AML细胞的克隆等级结构与染色质可及性图谱联系起来，并揭示了不同分化阶段的特定克隆的扩增。

在克隆等级结构中对两个独立的BCOR突变克隆的进一步选择说明BCOR突变的获得可能可以赋予这些细胞在该环境下额外的适应性优势，BCOR是抑制性的非经典PRC1.1复合物的核心组分，这两个独立的BCOR突变似乎都是失活突变，他们发现BCOR突变延迟了分化过程，促进白血病细胞朝向干细胞类似的染色质状态转变。

最后，他们研究了与BCOR突变相关的染色质变化，发现了在LMPP类似的分化阶段亚克隆进化时的染色质可及性转变，以及BCOR突变在该环境下改变了调控静息态、细胞周期和分化的染色质元件之间的平衡，揭示了在特定的白血病分化阶段突变协同性如何与染色质异质性相对应。

GTAC工作流程

总的来说，这项研究开发了可以同时进行单细胞基因型鉴定和染色质可及性分析的工具GTAC，鉴定到了在白血病前克隆向白血病转化过程中的表观变化，特定的白血病克隆分化在LSC类似染色质状态时受到延迟，揭示了人类急性髓系白血病克隆进化过程中的表观图谱变化。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.04.012

制版人：十一

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