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方法与工具Nature Protocols · 单细胞DNA甲基化测序实验方案

用于全基因组DNA甲基化谱分析的多重单细胞简化代表性亚硫酸氢盐测序

Multiplexed single-cell reduced representation bisulfite sequencing for genome-wide DNA methylation profiling.

一句话提出Msc-RRBS实验方案,可并行分析数百个单细胞的DNA甲基化谱,研究细胞间异质性。

研究问题

如何以简化、可扩展的单细胞测序流程,解析传统群体RRBS无法揭示的细胞间DNA甲基化异质性?

数据与样本

方案适用于数百个单细胞的并行DNA甲基化谱分析,也支持混合细胞及亚纳克量的纯化基因组DNA作为起始材料。

分析流程

  1. 1起始材料准备:通过细胞分选启动单细胞流程,也可使用混合细胞或亚纳克量的纯化基因组DNA。
  2. 2单孔反应:在同一个微孔内完成细胞裂解、限制性酶切、末端修复和接头连接,无需更换缓冲液。
  3. 3文库纯化:使用带索引的短接头,并通过磁珠清理去除接头二聚体、纯化文库DNA。
  4. 4文库与数据分析:完成可测序文库制备及数据分析,1块或多块96孔板的完整流程需要~6 d。

关键方法与工具

Msc-RRBS
并行分析单细胞甲基化谱
cell sorting
分选起始细胞
magnetic bead clean-up
纯化文库DNA

设计思路

以单细胞而非群体测序解析细胞间甲基化差异;将反应集中于同一微孔,避免缓冲液更换并尽可能减少DNA损失。带索引的短接头配合磁珠清理,用于去除接头二聚体并纯化文库,支撑并行建库。

主要发现

  • Msc-RRBS支持数百个单细胞的并行DNA甲基化谱分析。
  • 细胞裂解、限制性酶切、末端修复及接头连接在同一微孔完成,无需更换缓冲液,并尽可能减少DNA损失。
  • 流程支持单细胞、混合细胞及亚纳克量的纯化基因组DNA建库。
  • 1块或多块96孔板从细胞分选至可测序文库及数据分析的完整流程需要~6 d。

可借鉴之处

  • 针对低起始量样本建库,可借鉴将多个反应整合到同一微孔的设计,减少缓冲液更换及DNA损失。
  • 单细胞甲基化文库制备可借鉴带索引短接头与磁珠清理相结合的做法,以去除接头二聚体并纯化文库。
  • 规划同类课题时,可将基础实验和初级数据处理与进阶分析分开配置人员,后者需要额外的计算专业知识。

数据与代码

摘要和已读取的内容里没有说明,请查看原文的数据可得性声明。

局限

  • 更深入的数据分析需要额外的计算专业知识。

摘要(中文翻译)

DNA甲基化是一种基本的表观遗传修饰,可调控基因表达、维持基因组完整性并决定细胞身份。传统的群体测序方法,如简化代表性亚硫酸氢盐测序(RRBS),已揭示全基因组甲基化图景,但无法揭示细胞间差异,限制了对发育、分化和疾病过程中甲基化异质性的认识。在此,我们提出多重单细胞RRBS(Msc-RRBS),这是一套简化且可扩展的实验方案,可并行分析数百个单细胞的DNA甲基化谱。所有酶促反应,包括细胞裂解、限制性酶切、末端修复和接头连接,均在同一个微孔中完成,从而无需更换缓冲液,并尽可能减少DNA损失。该方案采用带索引的短接头,以高效去除接头二聚体,并通过磁珠清理有效纯化文库DNA。该流程支持从单细胞、混合细胞或亚纳克量的纯化基因组DNA制备测序文库。对于1块或多块96孔板,从细胞分选到获得可测序文库及数据分析的完整流程需要~6 d。因此,Msc-RRBS为解析多种生物学和疾病情境下的细胞间DNA甲基化异质性提供了一种高效、可重复且高通量的方法。实验需要基本的分子生物学技能,初级数据处理可由接受过有限生物信息学培训的人员完成。更深入的分析则需要额外的计算专业知识。

英文原文摘要

DNA methylation is a fundamental epigenetic modification that regulates gene expression, maintains genomic integrity and defines cellular identity. Conventional bulk sequencing methods, such as reduced-representation bisulfite sequencing (RRBS), have elucidated genome-wide methylation landscapes but do not reveal cell-to-cell variation, limiting insights into methylation heterogeneity during development, differentiation and disease. Here, we present multiplexed single-cell RRBS (Msc-RRBS), a streamlined and scalable protocol for parallel DNA methylation profiling of hundreds of individual cells. All enzymatic reactions, including cell lysis, restriction digestion, end repair and adapter ligation, are carried out in a single microwell, which eliminates the need for buffer exchange and minimizes DNA loss. Short, indexed adapters are used to efficiently remove adapter dimers and enable effective purification of library DNA by magnetic bead clean-up. The workflow supports the generation of sequencing libraries from single cells, pooled cells or sub-nanogram amounts of purified genomic DNA. The full workflow, from cell sorting to sequencing-ready libraries and data analysis, requires ~6 d for one or more 96-well plates. Msc-RRBS thus provides an efficient, reproducible and high-throughput approach for dissecting cell-to-cell DNA methylation heterogeneity across diverse biological and disease contexts. The experiments require basic molecular biology skills, and primary data processing can be performed by someone with limited bioinformatics training. More advanced analyses need additional computational expertise.

摘要来自 PubMed。翻译与解读由模型根据摘要生成,可能有误,不构成诊疗建议;数据以原文为准,版权归原出版方所有。