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没听过 ATAC-seq？那你可能 out 了
发布时间：2018-05-23 08:35 | 点击次数：
Assay for Transposase-Accessible Chromatin with highthroughput sequencing（ATAC-Seq）即利用转座酶探究可接近性染色质高通量测序技术。通俗来说就是利用转座酶来获取开放性染色质，再通过高通量测序及生物信息学分析来挖掘相关基因信息，以此探究生物学相关问题。
Q：ATAC-seq 有什么用？
A：结合 ATAC-seq 优势以及研究热潮 ATAC-seq 有以下用途；当然进一步的开发也可能在不久的将来让其使用更加广泛。
◆ 1. 非生物逆境，病虫害，营养，激素等处理前后及动物疾病，转录活性差异。
◆ 2. 不同组织，器官转录活性差异，找到组织特异基因和启动子。
◆ 3. 利用 ATAC-seq 技术来研究 A、B、D 三个亚基因组的转录因子结合位点的差异，从而研究同源基因的表达调控差异。而六倍体与二倍体、四倍体等位基因间调控位点的比较。
◆ 4 通过 ATAC-seq 定义的 open chromatin 区域 ，再结合 motif 分析，识别哪种转录因子参与了基因表达调控（对于抗体质量不好的 TF，尤其有效）
◆ 5 而将 ATAC-seq 和 RNA-seq 进行整合研究，将会获得对生物体（动物或植物）中的转录调控机制；宏观分析细胞在该特定时空下整个基因组的调控网络。
A：结合 ATAC-seq 优势以及研究热潮 ATAC-seq 有以下用途；当然进一步的开发也可能在不久的将来让其使用更加广泛。
◆ 1. 非生物逆境，病虫害，营养，激素等处理前后及动物疾病，转录活性差异。
◆ 2. 不同组织，器官转录活性差异，找到组织特异基因和启动子。
◆ 3. 利用 ATAC-seq 技术来研究 A、B、D 三个亚基因组的转录因子结合位点的差异，从而研究同源基因的表达调控差异。而六倍体与二倍体、四倍体等位基因间调控位点的比较。
◆ 4 通过 ATAC-seq 定义的 open chromatin 区域 ，再结合 motif 分析，识别哪种转录因子参与了基因表达调控（对于抗体质量不好的 TF，尤其有效）
◆ 5 而将 ATAC-seq 和 RNA-seq 进行整合研究，将会获得对生物体（动物或植物）中的转录调控机制；宏观分析细胞在该特定时空下整个基因组的调控网络。
Q：ATAC-seq 主要优势是什么？
A：面对现实需求 ATAC-seq 有以下四个方面的强大优势：
●灵敏性高：低细胞起始量（500-50000 个）；
●操作简单：两步法，耗时短；
●实验重复性好：技术重复间表现出非常好的可重复性 (R = 0.98) ，并与 DHs 测序数据间也有着较好的一致性 (R＞0.79)；
●能同时揭示开放染色质的基因组位置，DNA 结合蛋白，转录结合位点的相互作用
A：面对现实需求 ATAC-seq 有以下四个方面的强大优势：
●灵敏性高：低细胞起始量（500-50000 个）；
●操作简单：两步法，耗时短；
●实验重复性好：技术重复间表现出非常好的可重复性 (R = 0.98) ，并与 DHs 测序数据间也有着较好的一致性 (R＞0.79)；
●能同时揭示开放染色质的基因组位置，DNA 结合蛋白，转录结合位点的相互作用
A：染色质分为常染色质和异染色质，在结构上常染色质折叠压缩程度低，处于伸展状态，DNA 复制，基因转录都发生在 DNA 的致密高级结构变为松散的状态；这部分打开的染色质，就叫开放染色质（open chromatin）。而打开的染色质，就有足够的区域允许一些调控蛋白（比如转录因子和辅因子）过来与之相结合。而染色质的这种特性，就叫做染色质的可接近性（chromatin accessibility）。通过研究细胞特定状态下开放的染色质区域可以在 DNA 水平上了解其转录调控。
Q：如何寻找开放的染色质区域？
A：传统使用的的实验方法主要是有 MNase-seq 和 DNase-seq ，这两种实验方法的主要思路是：染色质变得开放，就意味着 DNA 和组蛋白的聚集程度降低，就会有一部分 DNA 暴露出来。而一旦失去了蛋白质的保护，这部分 DNA 就可以被 DNA 酶（MNase 或 DNase I）所切割。然后，我们再把切割完的 DNA 拿来测序，和已知的全基因组序列相比较，就能发现被切割的是哪些序列，没有被切掉的基因序列又在哪里，就知道开放的染色质区域在哪里了。不过，这两个方法有明显的缺陷，即耗时费力与重复性差。虽然 FAIRE-seq 不依赖酶和抗体，但其检测背景较高，测序信噪比低，甲醛交联时间不好把握等缺陷。
图 1 ATAC-seq 原理示意图
Q：有什么新技术方法来研究开放染色质？
A：新推出的 ATAC-seq 利用 Tn5 转座酶（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，这一过程就由转座酶参与完成。Tn5 转座酶：“标签片段化工具”，Tn5 转座体可将其衔接子负载整合到可接近的染色质区域，而空间位阻较不可接近的染色质使得转座不可能发生。）人为将将携带已知 DNA 序列标签的转座复合物，加入到细胞核中，再利用已知序列的标签进行 PCR 建库测序，就知道哪些区域是开放染色质了。ATAC-seq 出来的结果，和传统方法出来的结果具有很强的一致性，同时也和 ChIP-seq 有较高的吻合程度。而相比较而言，ATAC-seq 的重复性，比 MNase-seq 和 DNase-seq 的更强，操作起来也更加简便，而且只需要很少的细胞 / 组织量，同时测序信号更加好。目前已经成为研究染色质开放性首选的技术方法。
图 2 不同实验方法获得开放性染色质分析的示意图
表 1 ATAC-seq 与传统方法比较
Q：ATAC-seq 有哪些缺陷呢？
A：任何技术都有其限制因素，ATAC-seq 也不例外；
◆1. Tn5 通过插入剪断 DNA 并将测序接头连接到剪断的两个 DNA 片段的末端，因此对于一个 DNA 片段而言，其两端的接头连接是随机的，这便导致同一片段两端的接头有 50% 的概率是同一接头。而只有连接不同接头的片段才可用于富集扩增及测序，因此，有一半的片段无法利用；
◆2. 大量剪断的 DNA 由于片段过大，无法进行 PCR 富集;
◆3. Tn5 的活性受反应溶液的组成及反应条件影响，仍然需要优化以便提高剪切效果；
◆4. ATAC-seq 在植物细胞中存在以下难点：细胞壁的存在，叶绿体、线粒体等细胞器的污染，缺少稳定遗传的细胞系。
Q：现在用 ATAC-seq 发表文章多么？
A：ATAC-seq 在 2013 年问世，文章数量逐年增加，2018 年刚开年就已经有近 10 篇文章已经发表；把握机会让您的研究如虎添翼。
Q：ATAC-seq 文章推荐
A：ATAC-seq 文章数量不断增长，希望下一篇就是您的杰作。
[1]Ackermann, A. M., Wang, Z., Schug, J., Naji, A., & Kaestner, K. H. (2016). Integration of ATAC-seq and RNA-seq identifies human alpha cell and beta cell signature genes. Mol Metab, 5(3), 233-244. doi: 10.1016/j.molmet.2016.01.002
[2]Bajic, M., Maher, K. A., & Deal, R. B. (2018). Identification of Open Chromatin Regions in Plant Genomes Using ATAC-Seq. Methods Mol Biol, 1675, 183-201. doi: 10.1007/978-1-4939-7318-7_12
[3]Davie, K., Jacobs, J., Atkins, M., Potier, D., Christiaens, V., Halder, G., & Aerts, S. (2015). Discovery of transcription factors and regulatory regions driving in vivo tumor development by ATAC-seq and FAIRE-seq open chromatin profiling. PLoS Genet, 11(2), e1004994. doi: 10.1371/journal.pgen.1004994
[4]Jegu, T., Veluchamy, A., Ramirez-Prado, J. S., Rizzi-Paillet, C., Perez, M., Lhomme, A.Benhamed, M. (2017). The Arabidopsis SWI/SNF protein BAF60 mediates seedling growth control by modulating DNA accessibility. Genome Biol, 18(1), 114. doi: 10.1186/s13059-017-1246-7
[5]Lu, Z., Hofmeister, B. T., Vollmers, C., DuBois, R. M., & Schmitz, R. J. (2017). Combining ATAC-seq with nuclei sorting for discovery of cis-regulatory regions in plant genomes. Nucleic Acids Res, 45(6), e41. doi: 10.1093/nar/gkw1179
[6]Quillien, A., Abdalla, M., Yu, J., Ou, J., Zhu, L. J., & Lawson, N. D. (2017). Robust Identification of Developmentally Active Endothelial Enhancers in Zebrafish Using FANS-Assisted ATAC-Seq. Cell Rep, 20(3), 709-720. doi: 10.1016/j.celrep.2017.06.070
Q：ATAC-seq 送样标准？
A：ATAC-seq 因其限制性因素较少样品准备也变得简单，以下是其送样标准：
爱基百客期待和您的合作！