遗传多样性随着衰老而增加

染色质修饰包括组蛋白转录后修饰，组蛋白多样性。连同DNA一起调控表观遗传表型。虽然染色质修饰在多种生理学过程和人类疾病中都有重要的意义，但是由于此前存在的技术检测通道有限，无法同时检测各种免疫细胞亚群特异性marker和各种染色质修饰。因此在人类免疫细胞中进行染色质研究具有挑战性。近期出现的一个技术突破——质谱流式技术，可以在少量细胞甚至是单细胞中进行四十种以上参数采集，可以完美应对这一挑战。斯坦福大学Alex J. Kuo实验室利用该技术，设计了进行表观遗传研究的Panel Assay——epiTOF，将其运用到免疫细胞的组蛋白转录后修饰研究上。其成果近期（2018年5月）在Cell上发表。在文章中，利用epiTOF对人的免疫细胞进行单细胞分析，描述了不同免疫细胞亚群中染色质修饰种类和水平概观。其实验结果揭示了1根据染色质修饰形态可将免疫细胞分出特定亚群。2个体和细胞之间的染色质修饰多样性随着衰老而增加。3与衰老相关的染色质修饰变化主要受到非遗传因素的影响。 这一研究把质谱流式技术的应用扩展到表观遗传学领域。

该研究选取24位健康人PBMC样本，在22种主要的免疫细胞亚群中检测8种组蛋白修饰类型和4种组蛋白（组蛋白类型和修饰类型请见Fig1），每个细胞中采集和分析的参数达到70种以上。由于质谱流式检测到的数据是多参数和单细胞的，因此可以根据免疫细胞的染色质修饰情况进行表观遗传分群。结果显示，静息的免疫细胞显示出亚群特异的染色质修饰特征；淋巴来源和骨髓来源的免疫细胞具有各自特异的标记特征；单细胞的染色质修饰组成的分子标记可以预测该细胞的类型。作者把24位健康人分为两组进行研究，每组包括6位25岁以下的年轻人（3男3女）和6位65岁以上的老年人（3男3女），通过年轻人和老年人的染色质修饰情况对比发现，随着衰老，个体间和细胞间的染色质修饰差异性显着增加。对于19对双胞胎的染色质修饰研究发现，70%的差异性增加情况是由于环境因素导致的。总之，这篇文献开发了一个高通量多参数的研究方法，用于人类免疫细胞中进行单细胞水平的染色质修饰研究，研究结果揭示了衰老影响表观遗传的机制以及自然和营养在衰老的人类细胞中染色质动态中的相关贡献。

作者首先对免疫细胞亚群中的各种染色质修饰概况进行了研究（Fig2，对应原文Fig1C）。染色质修饰数据的标准化是采用线性回归模型，利用整体组蛋白表达作为预测变量。数据分析集中在修饰水平和差异性。整体变化如Fig2所示。修饰具有亚群特异性，比如，CD4+T细胞和CD8+T细胞表现出相似的修饰表型，NK细胞的所有修饰水平相对于其他亚群都处于低水平。此外，在CD14+ Monocytes中，cleaved H3 Thr22修饰以及PADI4表达水平显着升高。而组蛋白变体H3.3表达和H3K27me修饰水平下降。逆辛普森多样性指数分析（ISDI）显示cleaved H3 Thr22和H2A.Z修饰具有最大的样本间差异性，macroH2A， PADI4，和H2BK120ub显示出最小的样本间差异性等。对于以上发现，作者采用传统流式进行了验证，结果完全一致。聚类算法显示，骨髓来源的免疫细胞相对于淋巴来源的免疫细胞具有以下特征： H3.3和H3K27me3修饰水平降低，cleaved histone H3 Thr22， H3K36me1水平升高， PADI4 表达。此外作者还发现H3K27me3的赖氨酸甲基化转移酶EZH1和 EZH2在淋巴前体细胞和T细胞中的表达量远高于骨髓前体细胞和Monocytes。这个发现支持了H3K27me3修饰水平区别决定HSC分化方向的假说。作者随后进行的ChIP-seq研究结果同样验证了这一结论。