【文献解读】文献122：T-ATAC-seq技术在免疫组学分析中的应用

Transcript-indexed ATAC-seq for precision immune profiling

Nature Medicine，2018

背景

• 每个T细胞可以表达一种TCR，TCR可特异性识别由MHC分子在抗原递呈细胞或病原体感染细胞表面展示的抗原，识别TCR-α-β的编码序列对理解每个T细胞的身份起到重要的作用。

• 染色质在可接近状态下可以允许一些调控蛋白（比如转录因子和辅因子）过来与之相结合，ATAC-seq技术（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with highthroughput sequencing）可对染色质结构开放区域进行捕获测序，仅需少量细胞便可获得实时全基因组活性调控序列信息，可应用于表观遗传机制研究领域。

• scATAC-seq（single-cell ATAC-seq）可识别细胞之间在顺式调控元件及反式作用因子上的表现差异。分析单个细胞的表观遗传图谱可弥补整体分析容易忽视的细胞表面marker和细胞状态可变性。

方法

• 实验设计

• T-ATAC-seq protocol

结果

结果-1、T-ATAC-seq检测人类永生化T细胞的表现

• 采用288个Jurkat细胞作为检测对象。结果显示8.5×10³个片段可以比对到核基因组，约38%的片段存在于整体ATAC-seq结果中（图c）；

• T-ATAC-seq data 展示了片段长度预测及片段在转录起始位点附近的富集情况（图d），也可看出单细胞T-ATAC-seq与直接进行scATAC-seq的检测结果相似（图d）；

• TCR单细胞测序结果显示有2.7×10³ TRA reads和4.2×10³ TRB reads通过质控（图e）；同时准确鉴定出Jurkat TCR为TRBV12-3–TRBJ1-2和TRAV8-4–TRAJ3。

  
  

结果-2、T-ATAC-seq进行单细胞表观遗传分析

• Jurkat细胞在T细胞因子（TCF）、淋巴样增强因子（LEF）家族以及Runxx转录因子家族的motifs上表现出高可接近性（图c），说明转录因子（TF）motif的富集表现的是某一类相似DNA结合motif的活性，不是针对某一特定的TF。

• ATAC-seq的差别分析展示出含有TCF7L2 motifs的可接近性区域中含有T细胞特异性基因的启动子和增强子（图d）。

结果-3 、T-ATAC-seq在CD4+T细胞（健康人）中鉴别单细胞调控特征

• 整体ATAC-seq结果显示，可以通过主成分分析区分不同类型的细胞：PC1区分naïve和记忆T细胞，PC2区分Treg和其他T细胞，PC3区分Th1和Th17T细胞（图a）；

• 细胞种类特异性的开放染色质位点主要位于功能性基因的启动子和末端元件上。例如：Treg在IL2RA的启动子和上游原件上表现出高可接近性（图c，d），与该基因的重要功能相符。

  
  

• 单细胞表观基因组t-SNE分析显示，单细胞成簇很大程度上依据细胞类型，健康人CD4+T 细胞可以与其它细胞类型进行区分（图b左）；T细胞产生的是表观遗传状态的连续谱，不是明显的naïve和记忆细胞的亚种群，提示在细胞亚种群表面存在大量的调控可变性（图b右）；

• 所有的T细胞在TCF–LEF都表现出高的TF偏差得分，不同类型的T细胞在代表其相应功能的TF上均具有高的TF偏差得分，说明这些因子很可能在染色质可接近状态的变化中决定着T细胞谱系（图c）。

  
  

• 整体ATAC-seq结果显示，Naïve细胞可分为三个亚簇，比例最大的一类是true-naïve，在naïve细胞TFs上表现出高偏差得分（ZBTB7B）；第二类是早期分化naïve细胞，表现出较低的naïve细胞TF偏差得分和较高的记忆细胞TF偏差得分（AP-1，IRF和STAT），但仍低于真正的记忆细胞TF偏差得分；第三类是是已分化naïve细胞，具有较高的AP-1和RUNX偏差。说明通过ATAC-seq可观察到细胞表观状态的可变性。

结果-4 、T-ATAC-seq揭示T细胞淋巴瘤和宿主免疫的调控特征

• 比较非白血病细胞和白血病细胞的表观基因组，发现白血病细胞具有记忆T细胞特异性TF的高偏差得分，包括TH2特异性 TF GATA3。这个发现与一个长期存在的假说一致：Sézary细胞存在TH2 memory细胞的恶性配体，对疾病的存在和发病有促进作用（图b）。

• CTLC患者中的良性T细胞克隆在SMAD家族表现出很强的染色质可接近性，反应了免疫抑制TGF-β通路的功能。说明T-ATAC-seq可以在表观基因组层面区分恶性细胞和良性细胞。

讨论

• 本研究发现，使用FACS分离出的naïve T细胞，有一小部分存在记忆T细胞特异性的TF，说明记忆细胞表观状态是连续性的。未来可以用此技术大量检测处于平衡状态和炎症状态的T细胞，来对T细胞状态连续性以及细胞表面标志物的可变性进行定义。

• 此技术通过结合单细胞pair TCR分析和染色质状态分析，识别T细胞白血病特异性的表观变化，可以对传统临床判断无法区分良恶性的少部分患者进行鉴定。未来可以扩大样本量分析，进而在诊断精确性以及疗效的预测和监测上加以应用。

• 此技术可建立全面的基因组可接近性染色质图谱，是一种监测TF活性和特异性增强子的较简单方法。

吉因加科技

吉因加聚焦肿瘤精准防治大需求，针对肿瘤精准用药、疗效评估、术后监测、辅助诊断、遗传风险、早期筛查等应用方向，依托高通量测序与高性能计算大平台，基于肿瘤液体活检及免疫组学两大技术主线，通过肿瘤基因大数据挖掘，提供科研合作、临床检测与健康早筛等服务，致力于成为中国肿瘤临床医生的最佳工作伙伴和肿瘤高危人群的首选守护者。

www.geneplus.org.cn