Cell-type-specific transposon demethylation and TAD remodeling in aging mouse brain

生物 表观遗传学 染色质 DNA甲基化 转座因子 转录组 遗传学 染色质重塑 表观遗传学 组蛋白 甲基化 细胞生物学 基因 基因表达调控 衰老的大脑 基因表达 异染色质 计算生物学 后生 神经科学 转录因子 基因调控网络 细胞 表观基因组 进化生物学 基因组 基因组学 CpG站点
作者
Qiurui Zeng,Wenliang Wang,Wei Tian,A. Klein,Anna Bartlett,Hanqing Liu,Joseph R. Nery,Rosa G. Castanon,Julia Osteen,Nicholas D. Johnson,Wubin Ding,Huaming Chen,Jordan Altshul,Mia Kenworthy,Cynthia Valadon,William S. Owens,Zhanghao Wu,Maria Luisa Amaral,Nathan R. Zemke,Yuru Song
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:189 (7): 2148-2166.e27 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cell.2026.02.015
摘要

Aging is a major risk factor for neurodegenerative diseases, yet the underlying epigenetic mechanisms remain unclear. Here, we generated a comprehensive single-nucleus cell atlas of brain aging across multiple brain regions, comprising 132,551 single-cell methylomes and 72,666 joint chromatin conformation-methylome nuclei. Integration with companion transcriptomic and chromatin accessibility data yielded a cross-modality taxonomy of 36 major cell types. We observed that transposable element (TE) methylation alone distinguished age groups, showing cell-type-specific genome-wide demethylation. Chromatin conformation analysis demonstrated age-related increases in topologically associated domain (TAD) boundary strength with enhanced accessibility at CCCTC-binding factor (CTCF) binding sites. Spatial transcriptomics across 895,296 cells revealed regional heterogeneity during aging within identical cell types. Finally, we developed deep-learning models that reliably predict age-related gene expression changes using multi-modal epigenetic features, providing mechanistic insights into gene regulation. Age-related comparisons use a 2-month baseline reflecting the late-adolescent/early-young adult stage. This dataset advances our understanding of brain aging and offers potential translational applications.
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