最近和很多小伙伴聊到ATAC-seq这个组学技术，正好趁此机会学习分享一下。
染色质结构
要想知道ATAC-seq的作用，首先必须知道染色质的结构，以human为例，有一定molecular biology背景的人都知道，人类的DNA并不是裸露的，长度惊人的DNA链是以一种特殊的结构被“收纳”在细胞中的：DNA缠绕在组蛋白上，形成串珠式的结构。这样的结构还能够进一步折叠、浓聚，并在其他架构蛋白的辅助下，进而形成染色体。
转录调控
新的问题在于，这样的高级结构必然会导致转录的难以进行，那么细胞如何调整来进行正常的转录呢？答案就在于染色质重塑（chromatin remodeling），染色质重塑是通过对染色质结构的动态修饰，从而允许凝聚的基因组 DNA 与调控转录机制的相关蛋白相互作用，从而控制基因表达。[1]基于这样的调控机制，可以将染色质分为两类：常染色质（松散或开放染色质，euchromatin）结构可用于转录；异染色质（紧密或闭合染色质，heterochromatin）结构更紧凑，不易进行转录。
ATAC-seq
基于上面的描述，我们如何对基因组上不同的染色质结构进行研究呢？ATAC-seq给了我们这样的机会，ATAC-seq全称Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing，是一种在全基因组范围内评估染色质开放性的组学技术，是表观遗传学研究的重要方法，该项技术于2013年被斯坦福大学William Greenleaf教授团队开发，相关论文发表在Nature Methods上。[3]
原理概述
转座子（transposons）是基因组上的一种元件，它能够改变自己在基因组上的位置，具有“跳跃性”，这个生物学过程就是由转座酶介导的（transposase），Tn5就是一种转座酶。已经有研究表明，在体外例如转座子更倾向于插入开放染色质区域。[4]所以ATAC-seq利用这个特点，将测序所用adaptor加在Tn5转座酶上，这样Tn5转座酶就可以将adaptor添加到开放染色质区域的DNA两端，这样就可以对这部分序列进行测序了。（当然作者们对其可行性进行了一波三折的评估，包括将其与之前经典的染色质结构研究组学技术DNase-Seq和FAIRE-Seq结果的比较）
所以实际上这些序列在基因组上的位置就是开放染色质区域，这样ATAC-seq就实现了在全基因组定位开放染色质区域的目的。我们将下机数据利用bowtie2或者bwa等比对工具进行比对之后，在利用UCSC或者igv进行可视化，信号越强的区域其开放性就越大了。
类似技术
还有其它的技术能够实现这样的目的，它们分别是DNase-Seq、FAIRE-Seq和MNase-seq*，原理相通~
Reference:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Chromatin_remodeling.
[2] Xu J, Liu Y. Probing Chromatin Compaction and Its Epigenetic States in situ With Single-Molecule Localization-Based Super-Resolution Microscopy. Front Cell Dev Biol. 2021;9:653077.
[3] Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nat Methods. 2013;10(12):1213-1218.
[4] Gangadharan S, Mularoni L, Fain-Thornton J, Wheelan SJ, Craig NL. DNA transposon Hermes inserts into DNA in nucleosome-free regions in vivo. Proc Natl Acad Sci. 2010;107(51):21966-21972.
