NGS 또는 이미징을 기반으로 하는 공간 경제학 기술(spatial epigenomics, transcriptomics and proteomics)은 공간 조직 맥락에서 유전자 규제에 대한 새롭고 풍부한 통찰력을 생성할 수 있는 전례 없는 기회를 제공합니다. 그러나 유전자 조절 메커니즘을 포괄적으로 이해하기 위해서는 다른 층의 오믹스 정보를 동시에 프로파일링할 필요가 있습니다. 이는 분리된 단일 세포에서 처음으로 입증되었지만 아직 조직에서 직접 실현되지 않았습니다. RNA 순차 형광과 결합된 이미징 기반 DNA 순차 형광 in situ hybridization은 표적 유전자와 선택된 게놈 위치에 대한 공간적 크로마틴 및 유전자 발현을 검출했습니다. 현재까지, 현재의 기술은 세포 수준에서 동일한 조직 부분에서 후생유전자와 전사체의 편향되지 않은 게놈 전체 혼수상태를 수행할 수 없었습니다. 우리는 게놈 전체 chromatin 접근성 또는 histone modification의 공동 프로파일링을 위해 공간 ATAC-RNA-seq 및 공간 CUT&Tag-RNA-seq(H3K27me3, H3K27ac 및 H3K4me3에 적용)를 거의 단일 세포 해상도에서 동일한 조직 섹션의 전체 전사체와 함께 개발했습니다(공간 탐색에 사용 가능한 ‘데이터 가용성’ 참조). 이 기술들은 성인 인간의 뇌뿐만 아니라 배아와 어린 쥐의 뇌의 혼수상태에 적용되었습니다. 공간 에피게놈-전사체 코시퀀싱은 이전에 단일 양식으로 얻은 것과 유사한 데이터 품질로 조직에서 직접 두 계층의 공간 오믹스 정보를 생성했습니다. 이러한 기술을 통해 조직 맥락에서 시공간 역학 및 게놈 전체 유전자 조절 메커니즘을 조사할 수 있습니다.

저자들은 공간 멀티오믹스 매핑을 위해 RNA와 함께 ATAC 또는 CUT&Tag를 시연했습니다. 염색질 접근성, 히스톤 수정 및 전사체의 세 가지를 결합하여 조직에서 유전자 조절 네트워크의 보다 포괄적인 풍경을 묘사하는 것이 가능할 수 있습니다. 공간 유전자 발현 조절에 대한 다가성 효과를 평가하기 위해 여러 히스톤 수정을 동시에 측정하는 것도 가능할 수 있습니다. 이전에 우리는 전사체와 큰 단백질 패널의 공간 프로파일링을 시연했습니다. 우리는 세포 유형, 상태 및 유전자 조절의 공간 패턴을 해부하기 위해 epigenome, transcriptome 및 proteome을 추가로 결합하는 것이 가능하고 가치가 높다고 생각합니다. 마지막으로, 여기서 보고된 공간 다중체학은 신경 과학과 발달 생물학을 넘어 광범위한 응용 분야를 찾을 수 있습니다. 예를 들어, 인간 질병 조직의 공간 매핑을 위한 다중 양식은 서로 교차 검증할 뿐만 아니라 단일 양식 방법을 사용하여 쉽게 식별할 수 없는 비정상적인 세포 상태를 구동하는 메커니즘을 더 잘 설명합니다. 또한 공간 정보는 지역 조직 환경이 중앙 도그마의 모든 계층에 걸쳐 세포 상태, 역학 및 기능에 어떻게 영향을 미치는지 추가로 보여줄 수 있습니다. 이 연구에서, 우리는 청소년 P22 마우스 뇌 관상 섹션의 거의 반구를 커버하기 위해 100 × 100 바코드(총 10,000 픽셀, 20 μm 픽셀 크기)를 사용하여 4배 더 큰 조직 영역을 매핑할 수 있는 더 큰 매핑 영역과 더 높은 처리량을 가진 장치를 개발했습니다. 뱀 모양의 채널 설계를 통해 5개의 조직 샘플을 동시에 처리할 수 있으며, 각 샘플은 10,000픽셀에 대해 매핑됩니다. 자동화된 액체 처리를 사용하여 바코드 수를 늘림으로써 매핑 영역을 더욱 늘리고 처리량을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

요약하자면, 공간적으로 해결된 세포 수준에서 후생유전자와 전사체의 게놈 전체의 cosequencing은 공간 생물학에서 가장 유용한 도구 중 하나이며, 광범위한 생물학 및 생물 의학 연구에 적용될 수 있습니다.