ATAC-seq 技术简介

ATAC-seq全称Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing,即利用转座酶研究染色质可进入性的高通量测序技术。

如文章什么是「ATAC-seq 技术」?现在用于哪些生物学研究?
中所讲,DNA是打包在染色质上的,在需要的时候在部分地解压,以便DNA的表达,这部分解压出来的就是开放染色质(open chromatin)。而打开的染色质,就允许一些调控蛋白(比如转录因子和辅因子)跑过来与之相结合。而染色质的这种特性,就叫做染色质的可进入性(chromatin accessibility)。

染色质可及性(Chromatin accessibility)是核内大分子能够物理接触染色质化DNA的程度,由核小体的占据和拓扑结构以及阻碍DNA可及性的其他染色质结合因子决定(图1)。虽然可接近的基因组占总DNA序列的约2-3%,但却含有90%以上TFs的结合区域。TFs与组蛋白和其他染色质结合蛋白动态竞争,以调节核小体占据率并促进对局部DNA的接近。染色质可及性反映了TF结合和遗传位点总的调节潜力。这种观点为追踪决定细胞状态的转录调控因子差异结合的可及性变化奠定了分析基础。


简单来说 atacseq 能干这么几个事

  • 1)从机制研究的角度,阐述关心的生物通路,细胞反应,细胞表型和疾病是否与表观遗传学的调控相关。开疆破土的思维!
  • 2)快速的决定 表观遗传修饰 是否在研究者感兴趣的课题中 起到一定作用 (主要是通过 比较 疾病组和正常组的ATACseq的差异,从而推测表观遗传是否在疾病中起到一定作用)(作者:bordersheep,链接:https://www.zhihu.com/question/263776928/answer/273233563

2013年,美国Stanford大学的William Greenleaf教授研发了一种全新的方法,利用DNA转座酶结合高通量测序技术,来研究染色体的可进入性,即ATAC-seq。


DNA转座,是一种把DNA序列从染色体的一个区域搬运到另外一个区域的现象,由DNA转座酶来实现。这种转座插入DNA,也是需要插入位点的染色质是开放的,否则就会被一大坨高级结构给卡住。那么,我们只要人为地,将携带已知DNA序列标签的转座复合物(即带着测序标签的转座酶),加入到细胞核中,再利用已知序列的标签进行PCR后测序,就知道哪些区域是开放染色质了。而这也就是ATAC-seq的原理。(作者:吴思涵;
链接:https://www.zhihu.com/question/263776928/answer/273229159

单细胞可及性方法

单细胞可及性变化的测量有望揭示基因组调控的一个核心问题:短时间波动和染色质可及性的发育变化是如何在整个基因组中协调的?基于ATAC-seq、DNase-seq和NOMe-seq文库制备方案,已经开发了多种方法来测量单细胞染色质可及性。

组合式标签为成千上万个单细胞ATAC-seq的建库提供了一种优秀的条形码策略。在这种方法中,用独特的条形码Tn5酶对纯化的细胞核进行多次转座反应,然后在有限稀释度下混合进行多重标签PCR反应。

单细胞ATAC-seq可以通过捕获单细胞微流体装置(Fluidigm,C1)或纳米孔芯片(Takara Bio,ICELL8)来实现。最近,单细胞ATAC-seq也已经在10X Genomics和Bio-Rad的基于液滴的微流体平台上实现。早期的报告表明,这些高通量平台将提供与纳米孔捕获技术类似的数据质量。


一般分析方法及工具:

染色质可及性是通过组蛋白、TFs和活性染色质重塑者之间的动态相互作用建立的。核小体的占有和定位是可及性的主要决定因素,并受到序列特异性TFs和染色质重塑子的调控。这种相互作用是通过亚组蛋白规模的TFs对核小体DNA的直接竞争或者通过招募活跃的染色质重塑子来动态驱逐核小体来实现的。核小体不仅仅是一个压抑的单位,而是染色质调控景观的中心组成部分。未来几年,新的单分子和单细胞方法将会揭示这一模式的生物物理和功能含义。

染色质状态和功能之间存在着复杂的相互作用,一个例子涉及增强子和启动子可及性的转录影响;尽管两者对于转录都是必需的,并与活性相关,但转录沉默基因的非活性增强子和启动子通常是开放的,这表明染色质可及性对于增强子或启动子活性是必需单不充分的。这些稳定的增强子和启动子是可接近的,但缺乏活性调节区的明确标记,包括增强子RNA (eRNA )生成和组蛋白乙酰化。另一个可及性和转录活性不一致的例子是在发育中的黑腹果蝇的合子基因激活期间:尽管激活前在早期胚胎中观察到染色质的广泛开放,但是许多可及性基因在转录上是不活跃的,直到发育后期。


什么是「ATAC-seq 技术」?现在用于哪些生物学研究?
染色质可及性和调控表观组学
Chromatin accessibility and the regulatory epigenome

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