科技日报记者 张梦然
美国索尔克生物研究所领衔的国际团队23日在《科学》杂志发布了全球首个覆盖全身的单细胞表观遗传图谱，首次实现在同一细胞中同步解析DNA三维折叠与甲基化修饰两大调控系统。该成果纳入16种人类组织的86689个细胞，鉴定出35种主要细胞类型及206种亚型，同期发表8篇相关论文，为追踪发育、衰老及疾病过程中的表观遗传演化奠定了基准框架。
人体所有细胞共享30亿个DNA碱基序列，但神经元、心肌细胞等功能迥异，其奥秘在于表观遗传调控。DNA甲基化和三维基因组，各自有“不同手段”调控基因活性。此前这两大系统在单细胞层面的协同关系始终未明。此次在美国国立卫生研究院4D核组计划支持下，研究团队开发出同步检测技术，发现二者虽常协同指示细胞身份，但在骨骼肌细胞中呈现显著区别。
在此基础上，团队绘成的图谱整合了136万余个差异甲基化区域和28万余个染色质互作环，当与已知疾病风险位点叠加分析时，可精准定位到细胞类型特异性关联。内分泌细胞的血糖调控变异、心肌细胞的心房颤动风险位点、皮肤成纤维细胞的脱发相关变异，以及神经元的精神分裂症易感位点，均得到明确归属。这一并解决了该领域研究的长期痛点——此类变异占疾病相关遗传改变的90%以上，但因不编码蛋白质，难以追溯其作用靶点。
图谱还修正了科学界对“非CG甲基化”的认知。这种曾被认为仅存在于脑和干细胞中的特殊修饰，此次在肌肉、胰腺及免疫细胞中均检出功能性分布。
在配套发表的其他论文中，有团队利用该图谱的甲基化条形码特征，发现大脑海马区小胶质细胞被替代的模式，颠覆了该类细胞终身驻留中枢的传统认知。
为支持后续研究，团队已开放交互式数据浏览器，公开了包含1950亿次甲基化测量和180亿次染色质互作的基础数据集。这类带细胞注释的高精度数据，正成为训练AI预测变异功能的稀缺资源。该成果也为破解遗传变异致病机制提供了关键资源。
总编辑圈点
这份图谱好比生命科学领域的“谷歌地球”，让科学家看清人体8万多细胞的三维折叠密码和化学标签。过去，人们可能只知道遗传变异像一堆乱码藏在非编码区，却搞不清它们如何致病。现在有了这张全身细胞图谱，相当于给细胞们标了门牌号，能精准定位是哪个变异在哪一区细胞里捣乱。更值得关注的是，图谱的开放数据正在喂养新一代AI模型，让机器学习自己学会解读基因暗物质，那么未来，它也可能撬动精准医疗，帮助医生提前预判疾病风险，定制个性化干预方案，架起从基因序列到临床诊疗的黄金桥梁。
网友评论
