研究背景
在哺乳动物基因组中，DNA甲基化(5mC)和羟甲基化(5hmC)作为两种关键的表观遗传修饰，通过调控染色质结构、影响转录因子结合等方式，在细胞分化、发育以及疾病的发生发展中扮演着至关重要的角色。TET家族蛋白驱动的DNA去甲基化过程以5mC为底物生成5hmC，这一中间产物进一步拓展了DNA甲基化在表观遗传调控中的功能多样性。因此，同时揭示基因组DNA上5mC和5hmC的分布及动态关联对于理解其在生物过程中的功能机制至关重要。研究成果与展望
北京大学伊成器课题组携手纽约基因组中心/康奈尔大学医学院朱晨旭课题组，创新性地研发出名为SIMPLE-seq的单细胞单分子水平检测技术，能够同时对5mC和5hmC进行精准定位和定量分析。该技术采用独特的正交标记反应策略，将5hmC和5mC分别转化为胸腺嘧啶类似物，并利用DNA聚合酶延伸反应捕捉转化后的碱基突变信号（5hmC-to-T, 5mC-to-T），从而实现对同一条DNA分子上两种表观遗传修饰的同时解析。
研究团队已成功运用SIMPLE-seq技术，深入探究了不同培养条件下小鼠胚胎干细胞的表观图谱差异，揭示了细胞重编程过程中DNA甲基化和羟甲基化的动态变化规律。此外，他们还绘制了约3000个人外周血单个核细胞以及6000个小鼠大脑皮层细胞的DNA甲基化和羟甲基化全景图谱，通过精细的细胞分型分析，阐明了这两种表观遗传修饰与转录因子结合、组蛋白修饰及基因表达之间的复杂关系，展示了SIMPLE-seq在复杂生物学样本中鉴定不同类型细胞及其状态的强大能力。
综上所述，SIMPLE-seq作为一种新型的单细胞单分子水平检测技术，不仅实现了对DNA甲基化和羟甲基化的同步解析，还在神经细胞、免疫细胞等多种复杂生物学样品和发育过程的研究中展现出广泛应用潜力。这一突破性成果为揭示DNA表观遗传修饰在正常细胞分化及疾病发生发展过程中的作用机制提供了强有力的工具，并可进一步与转录组学、组蛋白修饰、三维基因组学及染色质可及性等多维度数据整合，推动表观遗传学领域更深层次的功能和机制研究。
简介
本论文的通讯是北京大学生命科学学院博雅特聘教授伊成器，他的实验室长期致力于核酸化学修饰调控生命过程的机理研究，并开创性地开发了一系列新型DNA和RNA修饰技术。共同通讯朱晨旭博士则是康奈尔大学医学院及纽约基因组中心助理教授，其课题组专注于利用单细胞多组学工具来探索发育和衰老过程中的基因调控机制。而论文的第一柏东生，则是北京大学已毕业的博士研究生，现为纽约基因组中心的博士后研究员。
