Single-cell lineage capture across genomic modalities with CellTag-multi reveals fate-specific gene regulatory changes

生物 重编程 细胞命运测定 转录因子 染色质 单细胞分析 细胞分化 遗传学 表观遗传学 计算生物学 转录组 基因调控网络 基因表达调控 胚胎干细胞 基因 细胞生物学 细胞 基因表达 DNA甲基化
作者
Kunal Jindal,Mohd Tayyab Adil,Naoto Yamaguchi,Xue Yang,Helen C. Wang,Kenji Kamimoto,Guillermo C. Rivera-Gonzalez,Samantha A. Morris
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41587-023-01931-4
摘要

Complex gene regulatory mechanisms underlie differentiation and reprogramming. Contemporary single-cell lineage-tracing (scLT) methods use expressed, heritable DNA barcodes to combine cell lineage readout with single-cell transcriptomics. However, reliance on transcriptional profiling limits adaptation to other single-cell assays. With CellTag-multi, we present an approach that enables direct capture of heritable random barcodes expressed as polyadenylated transcripts, in both single-cell RNA sequencing and single-cell Assay for Transposase Accessible Chromatin using sequencing assays, allowing for independent clonal tracking of transcriptional and epigenomic cell states. We validate CellTag-multi to characterize progenitor cell lineage priming during mouse hematopoiesis. Additionally, in direct reprogramming of fibroblasts to endoderm progenitors, we identify core regulatory programs underlying on-target and off-target fates. Furthermore, we reveal the transcription factor Zfp281 as a regulator of reprogramming outcome, biasing cells toward an off-target mesenchymal fate. Our results establish CellTag-multi as a lineage-tracing method compatible with multiple single-cell modalities and demonstrate its utility in revealing fate-specifying gene regulatory changes across diverse paradigms of differentiation and reprogramming.
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