通过给每个细胞的DNA先贴条码再转化，单细胞甲基化终于能规模化

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Sci Adv：慈维敏/马鑫/史悦/谢莹莹通过给每个细胞的DNA先贴条码再转化，单细胞甲基化终于能规模化
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2.        scEM-seq) }" b* c  y* P: w
3.        表观遗传异质性
8 x' D4 @( _: ^% P+ R来源：iNature 2026-11-06 15:51
8 }0 V  g2 v7 _- pscEM-seq使得能够跨多样生物学和疾病背景可扩展地单细胞解析表观遗传异质性，拓宽基于DNA甲基化研究进入细胞调控和疾病的范围。
4 P, b  l: k4 F; C7 BDNA甲基化是一种基本的表观遗传修饰，调控基因表达、细胞身份和疾病相关调控程序。然而，高通量单细胞DNA甲基化技术受到DNA降解、CpG回收率低以及基于亚硫酸氢盐方法可扩展性差的限制。
3 q! d. p, g# ~( s( H+ z% ~, q+ A, y. s2026年10月23日，解放军总医院慈维敏，马鑫，国家生物信息中心史悦及寻因生物谢莹莹共同通讯在Science Advances 在线发表题为High-throughput droplet-based enzymatic DNA methylome profiling enables single-cell resolution of epigenetic heterogeneity的研究论文。- a# \2 `% A" X- |: T/ c
该研究提出scEM-seq，一种基于液滴的单细胞酶促甲基化组测序方法，其在单个乳化步骤内整合条形码连接，随后进行乳化后胞嘧啶到尿嘧啶转化。这一设计大幅减少DNA损失，并使得每次实验能够稳健分析数万个单细胞。  ?2 j  u* a7 B) F$ S9 `
与其他基于液滴的微流控方法相比，scEM-seq生成高质量单细胞甲基化组，具有适度改善的CpG覆盖率和平衡的读长利用率。应用于外周血单个核细胞，scEM-seq准确解析主要免疫谱系，在前列腺癌组织中，它揭示多样的恶性细胞状态和患者特异性表观遗传及拷贝数结构。8 T: n3 y( T) o
scEM-seq使得能够跨多样生物学和疾病背景可扩展地单细胞解析表观遗传异质性，拓宽基于DNA甲基化研究进入细胞调控和疾病的范围。
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DNA甲基化，特别是胞嘧啶C5位点的甲基化，是一种关键的表观遗传修饰，在全基因组基因表达调控中发挥关键作用。它也与胚胎发生、细胞分化以及多种疾病进展中的细胞起源身份密切相关。4 |3 o8 r) O& t' G3 p7 _6 M1 o7 X
全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）被认为是单碱基分辨率检测DNA甲基化的金标准技术，其将未甲基化胞嘧啶残基转化为尿嘧啶，随后被测序为胸腺嘧啶（T）。然而，bulk WGBS无法解析细胞类型特异性DNA甲基化模式，特别是在肿瘤等细胞异质性至关重要的复杂组织中。
( C1 W1 W3 A" r近年来，单细胞WGBS技术已取得实质性进展，可分为三种主要方法。第一类包括低通量微孔法，如scBS-seq、snmC-seq和snmC-seq2。第二类包括高通量组合索引技术，包括sciMET、sciMETv2、sciMET-cap和sciMETv3。第三类使用基于液滴的微流控技术，例如scTAM-seq和Drop-BS-seq。基于组合索引的方法及其衍生物已成为液滴平台的一种成本效益高且可扩展的替代方案。* D8 ?0 j9 G3 R5 o
然而，这些方法依赖连续多轮索引和合并，可能引入与多次索引、合并和操作步骤相关的变异性。相反，基于液滴的微流控技术能够实现单个细胞的物理区室化，允许更受控的生化反应并可能改善数据一致性。5 Z3 ]& H  t& \) n2 q3 B- L
尽管scTAM-seq和Drop-BS可从多达10,000个细胞生成亚硫酸氢盐文库，但scTAM-seq仅限于检测每个细胞650个CpG位点，而Drop-BS显示出较低的有效读长利用率，表现为可用比对读长减少和CpG回收有限，这很可能部分归因于多次油包水处理步骤和亚硫酸氢盐处理引入的DNA损失。此外，这些方法缺乏针对稀疏单细胞甲基化数据定制的集成分析框架，限制了稳健的细胞类型注释和系统的下游解释。
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图1.概述scEM-seq库的制备和技术性能（摘自Science Advances ）
6 G6 n' m5 \$ V7 u在此，作者介绍scEM-seq，一种可扩展且广泛可及的基于液滴的单细胞DNA甲基化分析方法。scEM-seq用温和的酶促甲基化转化工作流程替代亚硫酸氢盐转化，并将其与市售微流控液滴平台整合，仅需单次油包水乳化步骤。这一设计显著减少DNA降解，提高数据利用效率，并使每次实验能够稳健处理数万个细胞，同时保持高每细胞CpG回收率。
/ m4 |' ~" r6 C8 `0 u2 A1 Y为支持本研究中呈现的下游分析，scEM-seq伴随一个用于端到端单细胞甲基化分析的集成计算框架。将scEM-seq应用于培养细胞系、外周血单个核细胞（PBMCs）和前列腺癌组织，作者实现了细胞类型特异性甲基化景观的清晰描绘，证明该方法在分析异质性生物系统中的敏感性、可扩展性和易用性。
# n: w6 @7 a* v0 x参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef2844
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