Einleitung
Die Epigenomik behandelt die komplexen Mechanismen, die die Aktivität der Gene einer Zelle regulieren. Während jede Zelle eines Individuums im Wesentlichen das gleiche Genom enthält, bestimmt das Epigenom der Zelle, welche Bereiche des Genoms aktiv sind, und entscheidet somit über die funktionelle Diversifizierung in verschiedene Zelltypen und Zustände. Zudem kann jede einzelne Zelle dynamisch mit epigenomischen Veränderungen auf externe Faktoren wie Umwelt, Ernährung oder Stress reagieren [1]. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden neue Technologien entwickelt, die es uns heute ermöglichen, verschiedene Mechanismen epigenetischer Regulation in Tausenden von einzelnen Zellen in einem Experiment zu erfassen und somit erlauben, Zellentwicklung, -differenzierung oder -aktivierung mit einer zuvor unmöglichen Auflösung zu studieren. Des Weiteren können erstmals Fragen zu zellulärer Heterogenität, stochastischem versus determiniertem Zellverhalten, sowie zu Einflüssen der Zell-Zell-Kommunikation mit Einzelzellauflösung in nicht reduktionistischen Systemen direkt ex vivo untersucht werden. Die Anwendung solcher Methoden auf Patientenmaterial eröffnet zudem völlig neue Möglichkeiten für die Identifizierung von Biomarkern und therapeutischen Zielstrukturen.
Wir stellen hier die neuesten methodischen Entwicklungen der Einzelzell-Epigenomik vor. Für ausführlichere Literatur verweisen wir auf ein von uns kürzlich verfasstes Buchkapitel, welches auch die analytischen Herausforderungen dieses neuartigen Datentypus thematisiert (akzeptiertes Kapitel im Lehrbuch „Epigenetics of the Immune System“,
Elsevier 2019).
Einzelzell-Epigenomik-Technologien
Epigenomische Regulation ist äußerst komplex, setzt sich aus vielen Komponenten zusammen und erfordert unterschiedlichste Methoden, um DNA-Modifikationen, Protein-DNA-Interaktionen, oder Chromatinstruktur und Chromosomenkonformation in Gänze zu erfassen (Abb. 1).
