单细胞DNA甲基化与人脑3D基因组架构研究

"这篇文章是关于10月进行的单细胞DNA甲基化和3D基因组结构研究在人脑中的应用，主要关注细胞类型的特异性甲基化模式和染色质构象，以及它们如何影响基因表达。研究通过大规模数据集，识别出188种不同的细胞类型，并探讨了DNA甲基化与3D基因组结构之间的关系。" 在哺乳动物的生物学中，DNA甲基化是基因表达调控的重要机制之一，特别是在大脑中。CGDMRs（CpG岛的DNA甲基化区域）通常被视为顺式调节元件（CREs），在细胞类型特异性表达中起到关键作用。此外，大脑中的5mC（5-甲基胞嘧啶）不仅发生在CG序列中，还发生在CH序列上，且这种甲基化模式会随着大脑的发育而动态变化，直接影响基因调控。 本研究采用了先进的单核DNA甲基化测序（snmC-seq3，简称“mC”）和单核3C测序（sn3C-seq，简称“m3C”）技术，对来自46个大脑区域的超过50万个细胞进行了分析。在质量控制后，mC数据包含378,940个细胞核和约0.94百万过滤读数，而m3C数据包含145,070个细胞核和约2.2百万条染色质接触记录。 研究结果揭示了基于表观遗传学的脑细胞类型分类。通过迭代聚类分析，研究者发现非神经元细胞在大脑结构中分布均匀，而神经元细胞则显示出空间特异性。通过整合DNAm、snRNA-seq和snATAC-seq数据，他们确认了DNA甲基化的聚类结果，进一步展示了不同细胞类型之间的差异。 图示（如Figure S4所示）显示了这些不同表观遗传标记如何相互关联，以及它们如何与基因表达的调控网络相互作用。通过分析染色质构象，研究者能够理解3D基因组结构如何促进基因启动子与其对应的调节元件接近，进而调控基因表达。这种3D结构的形成与DNA甲基化相互作用，共同参与基因表达的精细调控。 该研究揭示了人脑中细胞类型特异性的DNA甲基化模式和染色质构象的复杂性，为理解大脑功能和疾病机制提供了新的视角。通过对大量单细胞数据的分析，研究人员能够构建出更精细的脑细胞类型分类，并深入探究这些细胞类型之间的差异和相互作用，这对于未来在神经科学和神经退行性疾病领域的研究具有重要价值。