北大汤富酬、乔杰、付卫Science发表结直肠癌新成果
结直肠癌是胃肠道中常见的恶性肿瘤。基因组不稳定性、表观遗传异常以及基因表达失调是结直肠癌的典型分子特征。以往的单细胞研究只能分别检测基因组、甲基化组或转录组，而不能以单细胞分辨率同时开展多组学研究。
为了更好地了解结直肠癌的发展，北京大学的研究团队开发出一种单细胞测序方法，不仅能够分析单细胞的基因表达，还能够分析拷贝数变异和表观遗传异常。这有助于了解肿瘤内部的异质性，以及肿瘤转移的机制，为转移性结直肠癌的治疗提供了新的理论依据。
这项题为“Single-cell multiomics sequencing and analyses of human colorectal cancer”的文章于11月30日发表在《Science》杂志上。北京大学生物医学前沿创新中心的汤富酬教授、北京大学第三医院的乔杰教授、付卫教授为共同通讯作者。
2016年，汤富酬教授及其合作者曾在《Cell Research》上发表论文，介绍一种单细胞三重组学测序技术scTrio-seq。这是首个对单细胞的基因表达、拷贝数改变以及DNA甲基化进行同时分析的技术。
在此次新研究中，研究人员采用了一种称为scTrio-seq2的新方法。这种方法将单细胞亚硫酸氢盐测序与全基因组甲基化分析相结合，并提高了检测效率。此外，他们大大提高了分析的细胞数量，从之前的25个提高到现在的1,900个。
研究人员将这种方法应用在12名结直肠癌患者身上，其中10名患者有原发性肿瘤和转移性肿瘤的匹配数据，这使得他们能够鉴定出每位患者的克隆突变形成的遗传谱系，并将基因表达、拷贝数和甲基化数据相关联。
他们对10名患者的原发位和转移位肿瘤进行多点采样，这让他们能够追踪肿瘤转移的过程。此外，肿瘤内多个部位的采样让他们能够鉴定瘤内异质性。
研究人员利用拷贝数信息和甲基化数据来鉴定患者原发性肿瘤内的遗传谱系，并追踪肿瘤转移过程中的进化。例如，他们从一名患者的原发性肿瘤中鉴定出12个亚谱系。单细胞数据表明，原发性肿瘤往往比转移性肿瘤更复杂。
再来看甲基化数据。研究人员发现尽管同一遗传亚谱系内的细胞甲基化是一致的，但各个谱系的甲基化水平不同，并且与邻近的正常细胞也不同。在癌细胞中，他们发现DNA低甲基化主要集中在长末端重复序列，长散在重复序列和异染色质区域，而DNA高甲基化集中在CpG岛和开放染色质。
当研究人员观察甲基化状态与染色体改变之间的关系时，他们发现有六条染色体往往显示出比其他染色体更高的去甲基化水平，并且8号、13号、和18号染色体也具有高频的拷贝数变异。
“这种单细胞多组学测序为了解结直肠癌发展和转移过程中的分子改变提供了见解和资源，”作者在文中写道。
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