基于 DNBelab C4 平台的 mtscATAC-seq 技术正式发布

我们最近在《Aging Cell》上发表的论文介绍了一种新开发的单细胞线粒体测序方法。在此，我们分享该论文的主要发现及方法学细节。

线粒体在各种生物过程中发挥着至关重要的作用，其功能障碍通常与衰老和年龄相关疾病密切相关。然而，由于方法和资源的限制，在单细胞水平上研究线粒体异质性一直极具挑战。我们实验室最近在这一领域取得了重大进展，开发了一种新型单细胞线粒体测序方法 C4_mtscATAC-seq，使我们能够同时研究单个细胞内的线粒体 DNA（mtDNA）突变和染色质可及性。

研究背景

线粒体是参与能量产生、代谢和细胞信号传导的重要细胞器。在衰老过程中，线粒体功能会下降，导致氧化磷酸化活性降低、mtDNA 突变积累以及活性氧产生增加。在单细胞水平上理解线粒体变化的动态过程，可以为衰老机制及潜在治疗靶点提供宝贵的见解。

方法学

我们实验室通过优化 DNBelab C4 单细胞 ATAC 测序流程，开发了 C4_mtscATAC-seq 协议。该方法能够同时捕获单个细胞内的线粒体含量和染色质开放状态。我们首先利用 HEK-293T 细胞系验证了该协议，随后将其应用于研究年轻（2 个月大）和年老（23 个月大）小鼠的两种组织：脾脏和骨髓。

主要发现

• 年轻组织中 mtDNA 含量更高： 我们发现与年老组织相比，年轻组织拥有更高的 mtDNA 含量。这与年轻组织中与线粒体复制和转录相关的核基因活性评分更高相一致。
• 低频 mtDNA 突变： 我们的研究在年轻脾脏、年老脾脏和骨髓中分别鉴定出 22、15 和 21 个 mtDNA 突变。大多数突变的变化等位基因频率（VAF）低于 1%。
• mtDNA 突变随年龄增加： 与年轻组织相比，年老组织表现出更多数量的 mtDNA 突变，且具有更高的 VAF。我们在年老脾脏和骨髓中共同鉴定出三个具有最高 VAF 的 mtDNA 变异（m.9821A>T, m.15219T>C 和 m.15984C>T）。
• 差异染色质可及性： 通过对比携带和不携带这些 mtDNA 变异的细胞，我们分析了差异染色质开放状态，并识别出与这些变异相关的潜在基因，包括 KLF15 和 NRF1 等转录因子。

启示与未来工作

我们的研究提供了一种替代性的单细胞线粒体测序方法，并为年龄相关的线粒体变异提供了见解。研究结果表明，线粒体功能障碍和 mtDNA 突变在衰老过程中可能发挥重要作用。未来的工作将集中在进一步探索这些变异背后的分子机制及其对细胞功能的影响。

结论

C4_mtscATAC-seq 的开发代表了线粒体基因组学领域的一次重大进步。我们实验室致力于继续在这一领域进行研究，以加深对衰老和其他生物过程中线粒体动态的理解。我们相信，这些发现将有助于制定减缓年龄相关疾病和促进健康老龄化的新策略。

研究全文可通过 Aging Cell 在线访问。