ATAC-seq 染色质开放性区域研究（上篇）—— 原理及应用

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　　ATAC-seq专题分将为上中下三篇，分别为大家解析ATAC-seq技术的原理及应用、实验操作和数据可视化，敬请关注！

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Assay for Transposase Accessible Chromatin with high-throughput sequencing

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技术原理

　　ATAC-seq (Assay for Transposase Accessible Chromatin using sequencing) 是基于高通量测序的染色质转座酶可接近性实验，2013首次发表于Nature Methods，主由斯坦福大学的William Greenleaf和Howard Chang教授课题组开发。在核小体连接致密的地方，转座酶不能进入，而松散的区域，转座酶能够进入并切割下暴露的DNA区域，并同时连接上特异性的adapters，连接上adapters的DNA片段被分离出来，用于高通量测序。因此，ATAC-seq可以得是全基因度尺度上处于开放状态的染色质区域。

ATAC-seq insert sizes disclose nucleosome positions

ATAC-seq reveals patterns of nucleosome-TF spacing

ATAC-seq footprints infer factor occupancy genome wide

ATAC-seq enables epigenomic analysis on clinical timescales

经典案例

肺癌转移

　　2016年Greenleaf教授与其合作者在《 Cell》上报道，通过构建小细胞肺癌转移的小鼠模型，对原发灶、血液播散的肿瘤细胞、远端转移的肿瘤细胞等进行染色质开放性变化的ATAC-seq检测，发现了转录因子Nfib motif 发生显著变化，并在临床样本及动物实验中证实，Nfib确实在小细胞肺癌转移转移的充分必要条件。

植物根尖细胞

　　研究人员对拟南芥、苜蓿、番茄、水稻等植物的根尖部位细胞、根毛细胞等样本进行纯化处理，采用ATAC-seq技术获得了开放染色质序列，比较了三种纯化或者测序方法（INTACT-purified，Crude nuclei和DNAse-seq）的差异，发现Crude nuclei的方法有太多的细胞器基因组序列，另两种方法（INTACT-purified-ATAC-seq和DNAse-seq）的吻合度较高。紧接着，作者分析了四个物种中根尖细胞中THS (transposase hypersensitive sites) 的数目以及到TSS的距离，发现除了番茄每个基因平均的THS数目相比其他三个物种较高，其他数据在不同物种中有较好的一致性。
　　通过研究不同细胞的ATAC-seq数据，发现绝大多数的THS区域是相似的，细胞特有的THS（dTHS）大约有几千个。结合转录因子进行分析，发现在根毛细胞中表达量更高的转录因子，其结构域与根毛细胞的dTHS序列有着显著的关联性。

细胞重编程

　　染色质结构在细胞命运调控中起着非常重要的作用，然而其具体作用机制一直没有被清晰的阐述过。借助体细胞重编程这一模型，并基于研究团队前期开发的高效诱导体细胞重编程的培养系统—iCD1 ，并结合ATAC-seq技术，深入研究了染色质动态变化与细胞命运转变之间的关系。

　　利用ATAC-seq技术，研究人员分析了重编程过程中染色质开放区域动态变化的模式，发现在多能性获得和细胞命运转变过程中染色质结构由开放到关闭（open to close，OC）和关闭到开放（close to open，CO）的二元变化规律。同时他们还发现在体细胞重编程早期MEF细胞的很多特异性开放位点会被迅速关闭（OC），而到重编程后期很多多能性相关的位点则会被打开（CO）。

细胞的分化

　　近年的研究表明，CD8+ T细胞在急性、慢性病毒侵染后会分化为不同下游细胞：effector、memory、exhausted、effector以及memory的前体细胞，研究人员采用ATAC-seq技术，检测这些细胞的染色质开放区域，将不同细胞之间及和原始CD8+ T细胞进行比较，得到CD8+ T细胞在病毒侵染后分化为下游细胞过程中的染色质开放区域的动态变化。作者得到了动态变化过程中18000多个差异的开放位点，对这些位点进行聚类，通过motif分析，结合已有的TF ChIP-seq数据和表达谱数据，得到这些开放位点可靠结合的转录因子家族，留下了丰富的可供挖掘的数据，相关成果发表在《Immunity》。

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上海达澈生物科技有限公司专注表观遗传学，提供全套ATAC-seq技术服务

技术优势

• 快 实验流程简单，周期短（一天）

• 微 所需细胞量少（低至80个细胞），适用于微量样本

• 准 技术重复性好

• 全 获得信息量大（全基因组开放染色质区域）

基本分析

• 测序reads数据质量评估      

• 测序reads数据参考序列比对结果    

• Peaks信号数量和质量检测分析  

• Peaks在全基因组功能性区域上的分布注释  

• Peaks在基因附近的分布特征分析    

• 开放区域Motif定制分析  

• Peaks位点关联基因等GO功能富集分析、KEGG Pathway分析

个性化高级分析

• 按客户需求提供个性化高级分析服务，产出高质量Figures，助力发表国际顶级期刊。

样本和周期

• 常量细胞送样要求
  常量实验要求细胞数≥50000个，要求新鲜的悬浮细胞或贴壁细胞，由我们提供全套建库所需试剂ATAC-seq Kit ，由客户当天即可完成实验和建库过程，所得到的DNA文库-20℃冻存，干冰运输。

• 微量细胞送样要求
  微量实验要求细胞数≥80个。要求新鲜的悬浮细胞或贴壁细胞，由我们提供全套建库所需试剂ATAC-seq Kit ，由客户当天即可完成实验和建库过程，所得到的DNA文库-20℃冻存，干冰运输。

• 动物组织送样要求
  要求组织量≥50mg，-80℃冻存，干冰运输。

• 植物组织送样要求
  要求组织量≥5g，-80℃冻存，干冰运输。

• 周期
  30个工作日

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业界首款 稳定 高效ATAC-seq Kit试用装申请：[e-mail]（请提供姓名、课题组等联系方式）

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参考文献：

• Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Buenrostro JD, Giresi PG, Zaba LC, Chang HY, Greenleaf WJ. Nat Methods. 2013.
  

• ATAC-seq: A Method for Assaying Chromatin Accessibility Genome-Wide. Buenrostro JD, Wu B, Chang HY, Greenleaf WJ. Curr Protoc Mol Biol. 2015
  

• ATAC-see reveals the accessible genome by transposase-mediated imaging and sequencing. Chen X, Shen Y, Draper W, Buenrostro JD, Litzenburger U, Cho SW, Satpathy AT, Carter AC, Ghosh RP, East-Seletsky A, Doudna JA, Greenleaf WJ, Liphardt JT, Chang HY. Nat Methods. 2016
  

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