组织样本采集与单细胞核分离
获取多种人体组织的单细胞核用于多组学分析
从至少两个供体采集16种人体组织，分离细胞核并进行质控
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人体三维基因组组织和DNA甲基化的单细胞图谱
Human body single-cell atlas of three-dimensional genome organization and DNA methylation.
实验完整度
高包含16种组织86,689个单细胞核的多组学图谱，结合体外聚类、甲基化与3C数据整合、批量数据验证及体内细胞类型关联分析。
主要模型
16种人体组织原代样本 86,689个单细胞核 35个主要细胞类型和206个细胞亚型
重点核对
16种人体组织样本来源及供体信息（至少两个供体，Table S1） 86,689个通过质控的单细胞核 snm3C-seq同时检测DNA甲基化和3D基因组结构 细胞类型和亚型聚类基于mCG和3C联合嵌入 DMR和差异染色质环鉴定及与ATAC-seq数据重叠分析
摘要
高阶染色质结构和DNA甲基化对基因调控至关重要，但这些特征在人体内如何变化仍不清楚。我们对16种组织中的86,689个单细胞核进行了三维基因组结构和DNA甲基化的多组学分析，鉴定出35个主要细胞类型和206个细胞亚型。我们揭示了CG和非CG甲基化在细胞类型间的广泛变化，并以前所未有的细胞分辨率表征了三维染色质结构。由DNA甲基化和基因组结构划分的细胞类型之间存在广泛差异，表明不同表观基因组特征在维持细胞身份中的作用可能因谱系而异。本研究拓展了我们对DNA甲基化和染色质结构多样性的理解，并为探索人类健康和疾病中的基因调控提供了参考。
实验结论
提炼研究问题、关键发现与证据，快速把握文章的核心贡献。
- 研究问题
- 高阶染色质结构和DNA甲基化在人体不同细胞类型中如何变化，以及这些表观基因组特征之间的关系如何？
- 核心机制
- DNA甲基化（mCG和mCH）和3D基因组结构（染色质环、A/B区室）在细胞类型间存在广泛变异，且不同表观基因组特征在维持细胞身份中的作用可能因谱系而异。
- 主要证据
- 对16种组织86,689个单细胞核进行snm3C-seq多组学分析，鉴定35个主要类型和206个亚型；发现mCG和mCH在细胞类型间的广泛变化；染色质环和区室与基因表达及DMR相关；部分细胞类型在DNA甲基化和3D基因组聚类间存在差异。
- 研究意义
- 拓展了对DNA甲基化和染色质结构多样性的理解，为探索人类健康和疾病中的基因调控提供了参考。
研究路径
按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。
snm3C-seq多组学测序
同时检测单细胞DNA甲基化和3D基因组结构
使用snm3C-seq assay对单细胞核进行DNA甲基化和染色质接触测序
细胞类型和亚型聚类
基于DNA甲基化和3D基因组信息对细胞进行分类
整合mCG和3C嵌入，使用共识聚类和监督学习合并聚类，鉴定主要类型和亚型
DNA甲基化特征分析
表征CG和非CG甲基化在细胞类型间的变异
分析mCG和mCH水平、甲基化区室、DMR及与基因表达和染色质状态的关系
3D基因组结构分析
表征染色质接触、环和区室在细胞类型间的变异
分析接触衰减模式、染色质环、A/B区室及差异环
DNA甲基化与3D基因组关联分析
探究DNA甲基化和染色质结构之间的关系
比较A/B区室与甲基化区室、DMR与染色质环、以及两种模态聚类的一致性
研究方法
按研究目的归类文中使用的方法，便于定位所需技术。
产品清单
| 实验环节 | 名称 | 品牌 | 货号 |
|---|---|---|---|
| 细胞核分离 | Dounce匀浆器 | -- | -- |
| 蛋白酶抑制剂 | -- | -- | |
| 3C交联 | 37%甲醛 | -- | -- |
| 终止液（2.5 M甘氨酸） | -- | -- | |
| 3C酶切 | Cutsmart缓冲液 | NEB | -- |
| 3C连接 | 含缓冲液C和酶C的连接预混液 | -- | -- |
| 细胞核染色 | Hoechst 33342 | -- | -- |
| FACS分选 | BD Influx细胞分选仪 | BD | -- |
| 文库制备 | 贝克曼Biomek i7自动化工作站 | Beckman | -- |
| Tecan Freedom Evo自动化工作站 | Tecan | -- | |
| 测序 | Illumina NovaSeq 6000测序仪 | Illumina | -- |
| 细胞计数 | Bio-Rad TC20自动细胞计数仪 | Bio-Rad | -- |
关键环节
汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。
| 环节 | 核对要点 |
|---|---|
| 组织样本与供体 | 16种组织类型、至少两个供体、样本来源（ENTEx、Roadmap、BRAIN Initiative、Prodo Labs、AllCells、ENCODE4） 阅读提示：Materials and methods中Human Subjects小节及Table S1 |
| 单细胞核分离与质控 | 裂解缓冲液配方（NIMT）、离心条件、细胞核计数及质控标准 阅读提示：Materials and methods中Nuclei Isolation小节 |
| snm3C-seq测序 | 交联条件、酶切连接步骤、FACS分选模式、测序平台和读长配置 阅读提示：Materials and methods中Chromosome conformation capturing、FACS sorting和Library preparation and sequencing小节 |
| 细胞聚类与注释 | mCG和3C嵌入维度、聚类分辨率、整合锚点筛选比例、亚型合并标准 阅读提示：Materials and methods中Workflow for clustering cells with mCG and chromatin contacts小节及Table S4 |
| DMR和染色质环鉴定 | DMR calling阈值（≥4 DMSs）、环 calling距离范围（50kb-5Mb）、差异环FDR阈值 阅读提示：Materials and methods中Identification of DMR和Loop and differential loop analysis小节 |