Wnt信号传导通常通过空间梯度发挥作用。局部的Wnt3a信号可以诱导小鼠胚胎干细胞的不对称分裂，其中近端子细胞保持自我更新，远端子细胞获得分化的标志。
2021年10月12日，来自浙江大学方东等研究团队在Nature Communications上在线发表了题为“Jointsingle-cell multiomic analysis in Wnt3a induced asymmetric stem cell division”的研究论文，开发了一种方法，即同一细胞的表观基因组和转录组测序，以联合分析同一单细胞的表观基因组和转录组。
干细胞进行自我更新以保持其多能性，但也会产生特定系的子细胞，生成分化的细胞。通过这种不对称的细胞分裂过程，干细胞传递化学和物理信号，进行不对称的分裂，从亲代细胞产生一个干细胞和一个分化细胞。干细胞可以将其细胞命运决定成分分离到两个子细胞中的一个来完成这一功能。或者，它们采取一种定位策略，其中一个子细胞远离干细胞生态位并进行分化。
Wnt信号传导从后生动物到脊椎动物都是保守的，在干性维持、发育、细胞存活、肿瘤发生、肿瘤转移和细胞代谢中发挥着重要作用。Wnt配体由一大类疏水性糖蛋白组成，通常在局部分泌，形成一个相邻的梯度。Wnt配体如果被贴上典型的蛋白标签就会失活，因此对Wnt信号传导的体内研究很困难。此外，对Wnt信号传导的理解主要是基于使用生化或遗传方法对整个细胞群的操作。小鼠胚胎干细胞（mESCs）是在支持性培养基中培养的，该培养基能在全球范围内激活Wnt信号，以保持多能性。此外，Wnt信号的抑制会导致小鼠胚胎干细胞向外胚层干细胞的状态分化。因此，中胚层干细胞代表了研究局部Wnt信号传导而非全局信号传导功能的一个强大模型。
以前的研究表明，Wnt3a提供了一个空间限制的Wnt信号。这种局部的Wnt信号由Wnt受体Lrp6传递，并与离子型谷氨酸受体活性相协调，导致膜突起。一个细胞周期后，两个子细胞不对称地分裂。Wnt3a珠的近端细胞保留了多能性标志物的高表达水平。远端细胞表现出渐进的分化状态。母体和新合成的组蛋白以不重叠的模式被分离到近端和远端细胞中，导致两个子细胞中组蛋白的不同继承。利用基于单细胞的高分辨率成像，已经提出了几个证据来解决对Wnt信号传导的反应。然而，这种不对称的细胞分裂所依据的详细转录和表观基因组学变化尚未得到阐明。
最近的研究表明，组蛋白修饰是表观遗传信息的储存载体之一，在早期发育、生殖细胞重编程、多能细胞生成和干细胞分化期间发生了巨大的变化。表观基因组的概况主要是通过染色质免疫沉淀后的大规模平行测序（ChIP-seq）来确定。典型的ChIP-seq需要大量的细胞，因此这种检测很难在有限的输入样品中进行。减少输入样本量将释放出这一应用的一个独特方面。单细胞水平的表观基因组和转录图谱可用于分类线型特异性调控元素，定义分化轨迹，并识别罕见的时空祖细胞。
在过去的十年中，已经成功开发了几种低投入的表观基因组分析方法，随着单细胞技术在表观基因组和转录组分析方面的扩展，新出现的需求是在同一样本中绘制表观基因组和转录组。使用这种方法，可以节省有限的样本，更重要的是，在实验中避免批量效应。最近建立了Paired-Tag和CoTECH，在单个细胞核中剖析组蛋白修饰和基因表达，作为这种联合分析的方法。这些技术提供的核RNA转录组与使用10x基因组学检测的基因数量相当。
该研究开发了SET-seq（同一细胞表观基因组和转录组测序），它扩展了mRNA/DNA杂交体和染色质的定向标记。SET-seq可用于在有限的细胞中，甚至在单细胞中，同时剖析细胞质RNA表达和表观基因组信息。使用这种方法，联合绘制了经历Wnt3a诱导的不对称细胞分裂的mESCs的组蛋白修饰和转录组。结果揭示了不对称分裂的子细胞中表观基因组和转录组的细胞类型特异性地图。此外，H3K27me3，而不是H3K4me3，在不对称细胞分裂过程中被迅速改变，并与基因表达显示出强烈的相关性。敲除PRC2（Polycomb Repressive Complex 2）中负责H3K27me3甲基化的调节元件Aebp2，可增加不对称表达Nanog-mCherry的子细胞比例。
总之，该结果为分化过程中维持和重置干细胞命运所需的基因调控程序提供了机制上的见解。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26203-0