Nature Methods新建庫(kù)方法 Tn5轉(zhuǎn)座酶建立的單細(xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)
在同一個(gè)細(xì)胞中，同時(shí)檢測(cè)多種組學(xué)信息的技術(shù)即單細(xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)（single cell multimodal omics）。
該技術(shù)使得我們能夠更好地發(fā)現(xiàn)細(xì)胞異質(zhì)性和理解細(xì)胞精細(xì)狀態(tài)，是當(dāng)前基因組學(xué)研究的前沿領(lǐng)域[1][2]。轉(zhuǎn)座子（transposon,簡(jiǎn)稱Tn）是染色體上可以自主復(fù)制和移位的DNA序列，普遍存在于各種生物基因組中。
自于大腸桿菌的Tn5轉(zhuǎn)座酶，因其隨機(jī)性好，穩(wěn)定性好，活性強(qiáng)，成為了分子遺傳學(xué)研究的熱門工具，例如，NGS DNA文庫(kù)的快速構(gòu)建，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，染色質(zhì)可及性測(cè)序（ATAC-seq）等[3]。Tn5轉(zhuǎn)座酶除了能夠切割雙鏈DNA之外，還能夠切割DNA/RNA雜交鏈。
基于此原理，北京大學(xué)的黃巖誼課題組和謝曉亮課題組聯(lián)合清華大學(xué)王建斌課題組，在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS) 上發(fā)表的文章介紹了一種新的基于Tn5轉(zhuǎn)座酶的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序快速建庫(kù)方法—SHERRY（Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid ）[4][5]。
近日，南方科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院助理教授陳曦課題組、副教授靳文菲課題組，在基于SHERRY技術(shù)和課題組此前發(fā)表的scATAC-seq方法，開發(fā)了一種可在同一細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)檢測(cè)染色質(zhì)可及性（ATAC-seq）以及基因表達(dá)（RNA-seq）的單細(xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)—ISSAAC-seq[2][6][7]。
SHERRY技術(shù)思路
樣本可以來(lái)自裂解的單細(xì)胞或bulk RNA；RNA分子經(jīng)過(guò)oligo-dT 引物的反轉(zhuǎn)錄后，RNA/DNA雜合鏈可直接被Tn5轉(zhuǎn)座酶打斷（圖中灰色的波浪線及直線分別代表RNA及DNA分子）；在Tagmentation之后，轉(zhuǎn)座酶會(huì)在雜合鏈兩端加上adapter接頭，進(jìn)行之后的建庫(kù)PCR擴(kuò)增。
ISSAAC-seq技術(shù)思路
ISSAAC-seq技術(shù)，即in situ SHERRY after ATAC-seq技術(shù)，其名稱來(lái)源于Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid (SHERRY) RNA-seq和課題組先前開發(fā)的scATAC-seq方法。
在 ISSAAC-seq中，首先使用帶有通用Nextera接頭的Tn5轉(zhuǎn)座酶（R1，R2）插入標(biāo)記染色質(zhì)開放區(qū)域，這種帶有通用Nextera接頭的Tn5轉(zhuǎn)座酶常用于典型的scATAC-seq實(shí)驗(yàn)；隨后添加一段引物（這段引物包含部分的Truseq接頭R2序列、10 bp的UMI分子標(biāo)簽，以及poly-T序列）用于核內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)；
隨后，使用一側(cè)包載有Nextera接頭R1序列的Tn5同源二聚體對(duì)RNA-DNA雜交鏈進(jìn)行插入標(biāo)記。直到這個(gè)階段，每個(gè)步驟都是在細(xì)胞群的細(xì)胞核（原位）中進(jìn)行的，而不需要對(duì)染色質(zhì)和RNA進(jìn)行物理上的分離。
最后，通過(guò)不同的方式分離細(xì)胞核以添加細(xì)胞標(biāo)簽和進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建，分離細(xì)胞核的方法可選用例如用于有限細(xì)胞數(shù)量的流式細(xì)胞術(shù)（熒光激活細(xì)胞分選，F(xiàn)ACS）和用于高通量研究的基于液滴的微流控。
經(jīng)過(guò)細(xì)胞分選和預(yù)擴(kuò)增后，文庫(kù)被等分為兩個(gè)部分：一部分用Nextera引物對(duì)擴(kuò)增用于染色質(zhì)可及性測(cè)序（ATAC-seq），另一部分用Nextera和TruSeq引物對(duì)擴(kuò)增用于基因表達(dá)測(cè)序（RNA-seq）。
圖2. ISSAAC-seq技術(shù)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)驗(yàn)流程
圖片來(lái)源：https://www.nature.com/articles/s41592-022-01601-4
與其他單細(xì)胞多模態(tài)組學(xué)技術(shù)的比較
將ISSAAC-seq分別按照FACS和基于液滴的工作流程，應(yīng)用于幾個(gè)廣泛使用的細(xì)胞系以及PBMCs的檢測(cè)中。在K562細(xì)胞中，ISSAAC-seq與SHARE-seq以及商業(yè)化的多組學(xué)方法10x Multiome具有相似的信號(hào)圖譜（圖3b）。
ISSAAC-seq的兩種文庫(kù)質(zhì)量都很高，在相同的樣品類型中，ISSAAC-seq 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有與10x Multiome 試劑盒相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，具有比其他類似方法更高的文庫(kù)復(fù)雜度和靈敏度（圖3c、d）。
ABclonal轉(zhuǎn)座酶相關(guān)產(chǎn)品推薦
引用文獻(xiàn)：
1.Zhu, C., S. Preissl, and B. Ren, Single-cell multimodal omics: the power of many. Nat Methods, 2020. 17(1): p. 11-14.
2.Di L, Fu Y, Sun Y, et al. RNA sequencing by direct tagmentation of RNA/DNA hybrids. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117(6):2886-2893. doi:10.1073/pnas.1919800117.
3. Xu W, Yang W, Zhang Y, et al. ISSAAC-seq enables sensitive and flexible multimodal profiling of chromatin accessibility and gene expression in single cells. Nat Methods. 2022;19(10):1243-1249. doi:10.1038/s41592-022-01601-4.
