表观遗传学概述

人类个体由一个受精卵发育而成，受精卵经过生长分裂后能够逐渐分化成为不同的细胞类型，最终发育形成不同的器官，不同器官精密组合成为一个完整的个体。那么为什么一个受精卵能分化成为不同的细胞类型呢？这些不同的细胞具有相同的DNA序列，但其基因表达和行使的功能却大不相同，这其中的原因就涉及了表观遗传的调控作用。如何从没有确定细胞类型的原始细胞变成类型确定的细胞，这一过程称为细胞命运决定（Cell fate determination），在此过程中，涉及表观遗传的变化，如DNA甲基化、染色质构象变化等。表观遗传学（Epigenetics）是指“非DNA序列变化导致的可遗传的基因功能变化”。它与遗传学是相对应的概念，遗传学则是指基于DNA序列改变如基因突变导致的基因表达水平变化。

虽然遗传信息存储在DNA中，但生物体性状的形成并不只是由DNA这一因素决定。DNA在细胞核中并非以线性排列的形式存在，真核生物中DNA缠绕在八聚体组蛋白上，组蛋白经过螺旋、超螺旋折叠压缩称为致密的染色质，因此DNA上基因的正确表达、调控以及基因调控元件之间的相互作用都是在染色质的复杂三维结构中完成的，这种特殊的三维空间结构对基因的表达和调控具有重要影响，正确的解读这种三维结构折叠形成的原因和作用也成为了当前表观遗传学研究领域的热点之一。

表观遗传学常用技术

• DNA甲基化测序：WGBS (Whole-genome bisulfite sequencing)
• RNA甲基化测序：MeRIP-seq (Methylated RNA Immunoprecipitation sequencing)
• DNA与蛋白互作的鉴定技术：ChIP-seq、CUT&run、CUT&Tag
• RNA与蛋白互作的鉴定技术：RIP-seq、iCLIP
• DNA-DNA互作捕获技术：3C、4C、5C、Hi-C、Capture Hi-C
• DNA-RNA互作捕获技术：GRID-seq、ChRD-PET
• RNA-RNA互作捕获技术：CLASH、hiCLIP、MARIO、RIC-seq
• 蛋白介导的DNA互作捕获技术：HiChIP、PLAC-seq、ChIA-PET、HiCuT
• 染色质可及性测序技术：DNase-seq、MNase-seq、FAIRE-seq、NOME-seq、ATAC-seq

表观遗传学的未来发展

同一个个体中不同细胞的DNA序列虽然相似，但是不同组织中的细胞在基因表达上却存在很大的差别，这种细胞异质性广泛存在于生命活动过程中的方方面面。Bulk测序只能提供整个细胞群体中基因表达或表观标记信号的平均值，不能反映出每个细胞之间的基因表达或表观标记存在的差异。但细胞转录组测序目前已广泛应用于细胞生长发育、分化、免疫、神经元、肿瘤发生发展等异质性基因表达研究中，发表达的高水平文章呈逐年上升趋势。

近年来但细胞已向表观遗传领域渗透，相关的但细胞表达遗传技术也陆续被开发出来，目前常见的表观技术均已发展出了但细胞水平的技术，使人们能够在但细胞水平绘制细胞内染色质结构、状态和表观标记特征成为可能，如scHi-C、scATAC-seq、scCUT&Tag等。

单细胞测序技术采用的策略一般有两种，一种是利用微流控芯片，通过油滴将细胞活着细胞核包裹形成单个油包水，并给每一个细胞添加唯一的标签来实现单细胞标记，例如使用较多的10x Genomics微流控单细胞平台，如今已有商业化的scRNA-seq + scATAC-seq联合使用试剂盒。另外一种策略是利用细胞多孔板或/和采用不同barcode组合给每个细胞添加唯一标签来实现单细胞标记，例如sci-ATAC-seq、sci-Hi-C (single-cell combinatorial indexing, sci)、

参考

《表观遗传学常用技术一本通》

表观遗传学应用指南

基因组含有两类遗传信息，一类是DNA序列所提供的信息；

另一类是表观遗传学信息，它提供了何时、何地、以何种方式去执行遗传信息的指令，主要通过

控制表观遗传4种方式：

DNA甲基化

组蛋白修饰

染色质重塑

非编码RNA调控