从单细胞学习：解开基因调控的新技术

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DNA的包装如何调节基因的活性？为了回答这个问题，Jop Kind 小组的研究人员（Hubrecht 研究所的小组组长和 Oncode 调查员）的 Franka Rang 和 Kim de Luca 开发了一种同时测量基因表达和 DNA 包装的技术。这种名为 EpiDamID 的方法确定了 DNA 包裹在其周围的修饰蛋白质的位置。收集有关这些修饰的信息很重要，因为它们会影响 DNA 的可及性，从而影响基因活性。因此，EpiDamID 对于研究生物的早期发育很有价值。研究结果发表在Molecular Cell上。

为了使 DNA 适合细胞核，它被紧密地包裹在称为组蛋白的核蛋白周围。根据这种缠绕的紧密程度，DNA 可以（不）接近其他蛋白质。因此，这决定了基因表达、DNA 转化为 RNA 并最终转化为蛋白质的过程是否可以发生。

DNA包装决定基因活性

DNA 缠绕在组蛋白周围的紧密度是通过在组蛋白中添加分子基团来调节的，即所谓的翻译后修饰 (PTM)。例如，如果将某些分子添加到组蛋白中，DNA 缠绕就会变松。这使得某些蛋白质更容易接近 DNA，并导致这部分 DNA 中的基因变得活跃或表达。此外，对基因表达至关重要的蛋白质可以直接识别和结合 PTM。这使得转录成为可能：DNA 复制的过程。

基因表达的调节，例如通过翻译后修饰，也称为表观遗传调节。由于身体中的所有细胞都具有相同的 DNA，因此需要调节基因表达以（去）激活单个细胞中的特定功能。例如，心肌细胞与皮肤细胞具有不同的功能，因此需要不同的基因来表达。

使用 EpiDamID 分析单细胞

为了了解 PTM 如何影响基因表达，第一作者 Franka Rang 和 Kim de Luca 设计了一种新方法来确定修饰的位置。使用这种称为 EpiDamID 的方法，研究人员可以分析单个细胞，而以前的方法只能测量一大群细胞。如此小规模的分析导致了解每个细胞的 DNA 缠绕如何不同，而不是关于许多细胞的平均 DNA 缠绕的信息。

EpiDamID 基于 DamID，一种用于确定某些 DNA 结合蛋白结合位置的技术。使用 EpiDamID，可以在单个细胞中检测特定 PTM 在组蛋白上的结合位置。与其他技术相比，这种技术的一大优势是研究人员需要非常有限的材料。此外，EpiDamID 可以与其他方法（例如显微镜）结合使用，以研究不同水平的基因表达调控。

前景

随着这项技术的发展，Kind 小组将从发育生物学的角度关注 PTM 的作用。由于使用 EpiDamID 分析单个细胞，因此只需要有限数量的材料即可生成足够的数据。这使研究人员能够研究生物体从第一次细胞分裂开始的早期发育，当时胚胎仅由少数细胞组成。