技術(shù)介紹
染色質(zhì)轉(zhuǎn)座酶可及性測(cè)序（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing, ATAC-seq）是一種創(chuàng)新的表觀遺傳學(xué)研究技術(shù)，由美國(guó)Stanford大學(xué)的William Greenleaf教授在2013年所研發(fā)，該技術(shù)利用DNA轉(zhuǎn)座酶Tn5酶對(duì)某種特定時(shí)空下開放的核染色質(zhì)區(qū)域進(jìn)行切割，并結(jié)合高通量測(cè)序技術(shù)來研究染色體的開放性，進(jìn)而獲得在該特定時(shí)空下基因組中所有活躍轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列。
結(jié)合10X Genomics測(cè)序平臺(tái)，Chromium單細(xì)胞核ATAC測(cè)序技術(shù)（snATAC-seq）可以幫助研究者在單細(xì)胞水平上分析染色質(zhì)開放性，逐個(gè)細(xì)胞地揭示表觀基因組景觀，從而獲得細(xì)胞類型和狀態(tài)的信息并深入探究基因調(diào)控機(jī)制。snATAC-seq可廣泛應(yīng)用于癌癥、免疫、干細(xì)胞、胚胎分化發(fā)育和神經(jīng)分化發(fā)育等表觀遺傳修飾的研究，為疾病或遺傳發(fā)育等研究提供了新的思路。
研究方向
? 定義細(xì)胞類型和細(xì)胞狀態(tài)
? 鑒定主要的調(diào)控因子
? 探索順式調(diào)控元件，如啟動(dòng)子和增強(qiáng)子
? 描繪基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
? 單細(xì)胞分辨率
跨越群體的平均數(shù)信息，獲得單個(gè)細(xì)胞核的表觀基因組圖譜
? 高捕獲效率
每個(gè)樣本細(xì)胞核捕獲率可達(dá)60%以上
? 兼容多類型樣本
經(jīng)驗(yàn)證適用于細(xì)胞系、原代細(xì)胞、新鮮或冷凍組織的組織樣本
? 低成本
相較于其他單細(xì)胞核捕獲平臺(tái)或傳統(tǒng)酶切方法，10X平臺(tái)成本更低
項(xiàng)目流程
送樣建議
樣本來源：人、大鼠和小鼠（其他樣本類型請(qǐng)咨詢）
新鮮或凍存的組織樣本：黃豆大小；
單細(xì)胞懸浮液樣本：500-2,000個(gè)細(xì)胞/μL、細(xì)胞小于40μm、細(xì)胞數(shù)大于106、細(xì)胞活性大于80%；
單細(xì)胞細(xì)胞核懸浮液樣本：3,000-5,000個(gè)細(xì)胞核/μL、體積大于50μL、核膜完整性較好；
結(jié)果展示
圖1 高質(zhì)量的單細(xì)胞ATAC-seq文庫(kù)。左圖展示了GM12878細(xì)胞系的單細(xì)胞ATAC-seq文庫(kù)的插入片段大小分布情況，峰的出現(xiàn)以每184個(gè)堿基對(duì)的長(zhǎng)度作為周期，揭示了單個(gè)核小體和核小體多聚體對(duì)基因組的保護(hù)情況；右圖展示了GM12878細(xì)胞系中預(yù)測(cè)的轉(zhuǎn)錄因子 (CTCF) 結(jié)合位點(diǎn)的足跡信號(hào)的累積情況。
圖2 外周血單個(gè)核細(xì)胞 (PBMC) 的染色質(zhì)開放性圖譜。左圖來自健康捐贈(zèng)者的約10,000個(gè) PBMC的t-SNE聚類結(jié)果?；诔浞直碚鞯?TF 基序和細(xì)胞類型特異性峰的富集分?jǐn)?shù)確定主要亞群；中圖和右圖展示了表面覆蓋有CEBPA（單核細(xì)胞標(biāo)志物）和 ELF1（自然殺傷T 細(xì)胞標(biāo)志物）的PBMC的染色質(zhì)開放性圖譜，其中PBMC由20%的單核細(xì)胞和66%的自然殺傷T細(xì)胞組成。
經(jīng)典案例
英文標(biāo)題：Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells 1
發(fā)表期刊：Science (IF=47.73)
在傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中，小腦主要起著維持身體平衡、和協(xié)調(diào)軀體運(yùn)動(dòng)的作用，除此之外，小腦還參與其他復(fù)雜動(dòng)作的過程，如語(yǔ)言和記憶等。小腦在發(fā)育過程中，生發(fā)區(qū)以時(shí)空受限的方式產(chǎn)生不同的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞群——腦室區(qū)和菱形唇。細(xì)胞類型的特化和分化過程由增強(qiáng)子和啟動(dòng)子等順式作用元件 (CRE)、以及與它們結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子 (TF) 所調(diào)控。單細(xì)胞方法已被用于研究大腦的基因調(diào)控機(jī)制，包括發(fā)育中的小鼠以及成年小鼠大腦和人類大腦，但一直缺乏對(duì)哺乳動(dòng)物器官發(fā)育過程的全面描述。
在本項(xiàng)研究中，作者首先使用了snATAC-seq技術(shù)來描繪小鼠出生前后、跨越11個(gè)階段的小腦發(fā)育時(shí)期中約90,000個(gè)細(xì)胞的染色質(zhì)可及性的景觀（代表CRE的活性），該CRE活性特征圖譜突出了基因調(diào)控過程中在細(xì)胞水平和時(shí)間維度上的特異性，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分化的命運(yùn)與小腦祖細(xì)胞的時(shí)空異質(zhì)性有關(guān)。然后，作者將上述snATAC-seq數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)脊椎動(dòng)物基因組進(jìn)行進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)CRE序列在小腦發(fā)育過程中保守性下降，這可能是由于小腦細(xì)胞分化導(dǎo)致的。這項(xiàng)研究評(píng)估了小鼠小腦基因調(diào)控下的發(fā)育和進(jìn)化動(dòng)力學(xué)，并為哺乳動(dòng)物器官發(fā)育提供了新見解。
圖3 小鼠小腦發(fā)育的snATAC-seq圖譜
1.Sarropoulos I, Sepp M, Fr?mel R, et al. Developmental and evolutionary dynamics of cis-regulatory elements in mouse cerebellar cells. Science (1979). 2021;373(6558). doi:10.1126/science.abg4696
