一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及高通量单细胞多组学技术领域，具体涉及一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析系统及方法。本技术方案通过颠覆性改进传统ChIP

【技术实现步骤摘要】
一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析系统及方法


[0001]本专利技术涉及高通量单细胞多组学
，具体涉及一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析系统及方法。

技术介绍

[0002]高通量单细胞多组学技术的蓬勃发展，极大地推动了在复杂细胞类群中研究特定细胞的分子特征与基因调控网络等。然而常规单细胞多组学技术起始实验的细胞需求量大、损失多、需要特定仪器以及在基因组上捕获的数据稀疏等缺点，严重制约其在样本珍贵、细胞数量稀少的系统中应用。除此之外，国际上能够在单细胞内同时检测转录组与组蛋白修饰图谱的方法至今仍非常稀少。染色质免疫共沉淀结合测序技术(Chromatin Immunoprecipitation with sequencing，ChIP
‑
seq)是分析组蛋白修饰和转录因子结合位点的方法。ChIP
‑
seq技术依赖于超声、酶消化断裂染色质和免疫共沉淀等许多步骤，只能用大量细胞或者组织作为起始材料，其获得的是群体细胞的染色质特征的平均水平，并不能反映单个细胞中组蛋白修饰的真实状态。染色质免疫切割结合测序技术(chromatin immunocleavage with sequencing,ChIC
‑
seq)是基于抗体引导的protein A/G
‑
Tn5融合蛋白在目标区域原位转座断裂染色质并同时带上标签序列的方法。ChIC
‑
seq方法不依赖于超声断裂和免疫共沉淀等步骤，方法简单快速，可以实现分析单个细胞的染色质表观修饰特征，是ChIP
‑
seq的很好的替代技术。但目前仅有的两种同时检测转录组与组蛋白修饰的方法具有以下主要缺点：1)需要上千个细胞作为起始材料，且单个细胞中捕获的组蛋白修饰数据极为稀少，其唯一映射读段(unique mapped reads)数目约为一千至一万条；2)均为基于Tn5转座酶的ChIC
‑
seq技术，Tn5具有开放染色质区域的偏好性，容易导致数据假阳性信号。
[0003]尽管在单细胞内检测转录组的实验方法多种多样，但国际范围内能够基于ChIP
‑
seq检测单细胞组蛋白修饰分布的方法仍然空白。亟需对传统ChIP
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seq方法进行改进，最终实现以单细胞起始实验，协同检测基因表达与组蛋白修饰分布的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，以解决现有技术中的ChIP
‑
seq以及ChIC
‑
seq等所需细胞原材料量大、基因组覆盖率低以及容易出现假阳性等技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，包括以下依次进行的步骤：
[0007]S1：使用Triton X
‑
100溶液裂解单个细胞，经离心后获得第一细胞裂解物；第一细胞裂解物的部分上清用于Smart
‑
seq2文库构建；第一细胞裂解物的剩余部分用于提取染色
质组分；
[0008]S2：配制含有蛋白酶抑制剂的缓冲液I，然后加入第一细胞裂解物的剩余部分中，经吹打获得第二细胞裂解物；
[0009]S3：使用MNase消化第二细胞裂解物，获得消化后DNA片段；
[0010]S4：将抗体和消化后DNA片段共孵育，获得结合抗体的DNA片段；
[0011]S5：将结合抗体的DNA片段与protein A/G磁珠共孵育，获得磁珠
‑
DNA复合物；
[0012]S6：洗涤磁珠
‑
DNA复合物，再使用蛋白酶K对洗涤磁珠
‑
DNA复合物进行消化处理，再构建DNA文库；
[0013]S7：对DNA文库进行测序。
[0014]本技术方案还提供了一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析系统，包括预处理单元、DNA文库构建单元和测序单元；所述预处理单元包括细胞裂解试剂、DNA消化试剂、抗体结合试剂、免疫共沉淀试剂、蛋白消化试剂。
[0015]进一步，在S2中，缓冲液I的配方为：0.75
‑
1.5％吐温20、0.75
‑
1.5％ NP
‑
40、0.15
‑
0.3％SDS。
[0016]进一步，在S3中，使用MNase消化第二细胞裂解物的方法为：使用缓冲液II稀释MNase，获得MNase稀释液，将MNase稀释液与第二细胞裂解物混合，经孵育获得消化后DNA片段。
[0017]进一步，在S3中，缓冲液II的配方为100
‑
200mM Tris
‑
HCl pH 8.0,0.2
‑
20mM CaCl2；在MNase稀释液中，MNase和缓冲液II的体积比为5μl：1ml。
[0018]进一步，在S4中，将抗体和消化后DNA片段共孵育的方法为：在消化后DNA片段中加入缓冲液III、蛋白酶抑制剂和抗体，经4℃孵育8
‑
12h获得结合抗体的DNA片段。
[0019]进一步，在S4中，缓冲液III的配方为：15
‑
30mM Tris
‑
HCl pH 8.0、210
‑
420mM NaCl、3.5
‑
7mM EDTA、3
‑
6mM EGTA、1
‑
2％ Triton X
‑
100、0.15
‑
0.3％ SDS、0.15
‑
0.3％脱氧胆酸钠。
[0020]进一步，在S6中，洗涤磁珠
‑
DNA复合物的方法为：使用含有蛋白酶抑制剂的缓冲液IV洗涤磁珠
‑
DNA复合物；缓冲液IV的配方为：10
‑
20mM Tris
‑
HCl pH 8.0、1
‑
2mM EDTA、140
‑
280mM NaCl、1
‑
2％ Triton X
‑
100、0.1
‑
0.3％ SDS、0.1
‑
0.3％脱氧胆酸钠；蛋白酶K的工作温度为55℃、工作浓度为0.2μl/6μl、消化时间为1.5h。
[0021]进一步，细胞裂解试剂包括含有RNase抑制剂的Triton X
‑
100溶液和含有蛋白酶抑制剂的缓冲液I；DNA消化试剂包括含有MNase的缓冲液II；抗体结合试剂包括缓冲液III、蛋白酶抑制剂和抗体；免疫共沉淀试剂包括使用protein A/G磁珠、含有蛋白酶抑制剂的缓冲液IV；蛋白消化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：包括以下依次进行的步骤：S1：使用Triton X
‑
100溶液裂解单个细胞，经离心后获得第一细胞裂解物；第一细胞裂解物的部分上清用于smart
‑
seq2文库构建；第一细胞裂解物的剩余部分用于提取染色质组分；S2：配制含有蛋白酶抑制剂的缓冲液I，然后加入第一细胞裂解物的剩余部分中，经吹打获得第二细胞裂解物；S3：使用MNase消化第二细胞裂解物，获得消化后DNA片段；S4：将抗体和消化后DNA片段共孵育，获得结合抗体的DNA片段；S5：将结合抗体的DNA片段与protein A/G磁珠共孵育，获得磁珠
‑
DNA复合物；S6：洗涤磁珠
‑
DNA复合物，再使用蛋白酶K对洗涤磁珠
‑
DNA复合物进行消化处理，再构建DNA文库；S7：对DNA文库进行测序。2.根据权利要求1所述的一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：在S2中，缓冲液I的配方为：0.75
‑
1.5％吐温20、0.75
‑
1.5％NP
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40、0.15
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0.3％SDS。3.根据权利要求1所述的一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：在S3中，使用MNase消化第二细胞裂解物的方法为：使用缓冲液II稀释MNase，获得MNase稀释液，将MNase稀释液与第二细胞裂解物混合，经孵育获得消化后DNA片段。4.根据权利要求3所述的一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：在S3中，缓冲液II的配方为100
‑
200mM Tris
‑
HCl pH 8.0,0.2
‑
20mM CaCl2；在MNase稀释液中，MNase和缓冲液II的体积比为5μl：1ml。5.根据权利要求1所述的一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：在S4中，将抗体和消化后DNA片段共孵育的方法为：在消化后DNA片段中加入缓冲液III、蛋白酶抑制剂和抗体，经4℃孵育8
‑
12h获得结合抗体的DNA片段。6.根据权利要求5所述的一种单细胞内协同检测转录组与组蛋白修饰分布的多组学检测分析方法，其特征在于：在S4中，缓冲液III的配方为：15
‑
30mM Tris
‑
HCl pH 8.0、210
‑
420mM NaCl、3.5
‑
7mM EDTA、3
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【专利技术属性】
技术研发人员：向云龙，徐倩华，
申请(专利权)人：向云龙，
类型：发明
国别省市：