伊成器、湯富酬合作發布小鼠早期胚胎中5fC精細圖譜

3月23日，Cell Stem Cell雜誌在線發表了來自北京大學伊成器課題組和湯富酬課題組合作完成的題為「Single-Cell 5-Formylcytosine Landscapes of Mammalian Early Embryos and ESCs at Single-Base Resolution」的研究論文，該工作首次在單細胞水平上繪製了哺乳動物早期胚胎和幹細胞中單鹼基解析度下的5-醛基胞嘧啶分布圖譜，更深入的展示了哺乳動物早期胚胎髮育中DNA主動去甲基化的動態變化，為後續研究單細胞水平的表觀遺傳重編程過程奠定了很好的基礎。

論文簡介：

自2009年TET(Ten-Eleven Translocation)蛋白被發現以來，哺乳動物中有關TET介導DNA去甲基化的過程目前研究的已經比較清楚了（下圖）。

哺乳動物TET家族蛋白共有TET1/2/3三個成員，屬於Fe(II)和α-酮戊二酸(α-ketoglutarate, α-KG)依賴的雙加氧酶，能夠將5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化成5-羥基胞嘧啶（5hmC），5hmC還可以被TET進一步氧化成5-醛基胞嘧啶（5fC）和5-羧基胞嘧啶（5caC）（下圖）。

2014年5月，中科院基因組所劉江課題組與南京大學黃行許課題組合作在Cell雜誌上發布了小鼠胚胎2細胞期單鹼基解析度水平的5hmC和5fC分布圖譜，揭示了哺乳動物中子代如何繼承親代DNA甲基化圖譜的規律，更新了關於受精之後DNA甲基化圖譜重新編程的傳統認識；2014年10月，哈佛大學張毅課題組與北大湯富酬、中科院徐國良和李勁松合作團隊「背靠背」在Cell Stem Cell上發布了有關TET3介導小鼠受精卵中的母源和父源基因組範圍的DNA去甲基化的研究工作。

近幾年來，有關單細胞水平表觀基因組測序的研究取得了許多突破，具體到對於5fC單鹼基水平的測序方面也有許多報道（下圖是兩篇代性的研究），但是此前一般都是使用的混合樣品，但是對於在單細胞水平測定細胞中5fC的精細圖譜來說還具有一定的挑戰性，因為5fC後可以被TDG糖基化酶所識別並切除致使細胞中5fC的丰度極低。

基於此，伊成器課題組和湯富酬課題組合作開發了一種全新的命名為『『CLEVER-seq』』 (chemical-labeling-enabled C-to-T conversion sequencing)的新技術，測定了小鼠早期胚胎和多能幹細胞中在單細胞、單鹼基解析度水平上5fC在基因組的分布圖譜。

測序流程圖

儘管2015年伊成器研究組在Nature Methods上發表論文報道5-醛基胞嘧啶測序新技術——fC-CET （Cyclization-Enabled C-to-T Transition of 5fC）（下圖）。

但是這個技術中由於標記5fC特異性的小分子化合物的水溶性不好難以用於極小量樣品的測序中，因而在這篇Cell Stem Cell文章中使用了一種新的標記5fC的技術，這項技術的核心在於用丙二腈（malononitrile）標記5fC轉換成5fC-M（下圖），而丙二腈具有較好的水溶性。

當然，測序技術準備好了，那麼接下來自然就是順理成章的對全基因組5fC進行分析了，這些分析與此前非單細胞狀態下測序獲得結果後進行的分析項目並無太多區別，主要包括5fC的變化與DNA去甲基化的相關性、精卵結合後基因組母源和父源5fC產生的變化、5fC的變化與基因表達的相關性分析等。

小鼠在胚胎髮育的不同個階段5fC的總體變化趨勢圖

總的來說，該研究在前人研究的基礎上更進一步繪製了更精細的小鼠早期胚胎髮育過程中5fC的動態變化圖譜，更好的展示哺乳動物早期胚胎髮育中DNA主動去甲基化的動態變化，為後續研究單細胞水平的表觀遺傳重編程過程奠定了很好的基礎。

小鼠早期胚胎髮育過程中父源和母源5mC與5fC的動態變化示意圖

評：這樣的工作往往是交叉學科的勝利，需要化學生物學家和單細胞測序專家精誠合作才能把這個工作做到極致，同時也表明了新興學科里合作的重要性。

伊成器研究員（圖片來自網路）

湯富酬研究員（圖片來自網路）

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