技術介紹
染色質轉座酶可及性測序（Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high throughput sequencing, ATAC-seq）是一種創(chuàng)新的表觀遺傳學研究技術，由美國Stanford大學的William Greenleaf教授在2013年所研發(fā)，該技術利用DNA轉座酶Tn5酶對某種特定時空下開放的核染色質區(qū)域進行切割，并結合高通量測序技術來研究染色體的開放性，進而獲得在該特定時空下基因組中所有活躍轉錄的調控序列。
結合10X Genomics測序平臺，Chromium單細胞核ATAC測序技術（snATAC-seq）可以幫助研究者在單細胞水平上分析染色質開放性，逐個細胞地揭示表觀基因組景觀，從而獲得細胞類型和狀態(tài)的信息并深入探究基因調控機制。snATAC-seq可廣泛應用于癌癥、免疫、干細胞、胚胎分化發(fā)育和神經分化發(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
? 定義細胞類型和細胞狀態(tài)
? 鑒定主要的調控因子
? 探索順式調控元件，如啟動子和增強子
? 描繪基因調控網絡
技術優(yōu)勢
? 單細胞分辨率
跨越群體的平均數(shù)信息，獲得單個細胞核的表觀基因組圖譜
? 高捕獲效率
每個樣本細胞核捕獲率可達60%以上
? 兼容多類型樣本
經驗證適用于細胞系、原代細胞、新鮮或冷凍組織的組織樣本
? 低成本
相較于其他單細胞核捕獲平臺或傳統(tǒng)酶切方法，10X平臺成本更低
項目流程
送樣建議
樣本來源：人、大鼠和小鼠（其他樣本類型請咨詢）
新鮮或凍存的組織樣本：黃豆大小；
單細胞懸浮液樣本：500-2,000個細胞/μL、細胞小于40μm、細胞數(shù)大于106、細胞活性大于80%；
單細胞細胞核懸浮液樣本：3,000-5,000個細胞核/μL、體積大于50μL、核膜完整性較好；
結果展示
圖1 高質量的單細胞ATAC-seq文庫。左圖展示了GM12878細胞系的單細胞ATAC-seq文庫的插入片段大小分布情況，峰的出現(xiàn)以每184個堿基對的長度作為周期，揭示了單個核小體和核小體多聚體對基因組的保護情況；右圖展示了GM12878細胞系中預測的轉錄因子 (CTCF) 結合位點的足跡信號的累積情況。
圖2 外周血單個核細胞 (PBMC) 的染色質開放性圖譜。左圖來自健康捐贈者的約10,000個 PBMC的t-SNE聚類結果?；诔浞直碚鞯?TF 基序和細胞類型特異性峰的富集分數(shù)確定主要亞群；中圖和右圖展示了表面覆蓋有CEBPA（單核細胞標志物）和 ELF1（自然殺傷T 細胞標志物）的PBMC的染色質開放性圖譜，其中PBMC由20%的單核細胞和66%的自然殺傷T細胞組成。
經典案例
英文標題：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)認識中，小腦主要起著維持身體平衡、和協(xié)調軀體運動的作用，除此之外，小腦還參與其他復雜動作的過程，如語言和記憶等。小腦在發(fā)育過程中，生發(fā)區(qū)以時空受限的方式產生不同的神經元和神經膠質細胞群——腦室區(qū)和菱形唇。細胞類型的特化和分化過程由增強子和啟動子等順式作用元件 (CRE)、以及與它們結合的轉錄因子 (TF) 所調控。單細胞方法已被用于研究大腦的基因調控機制，包括發(fā)育中的小鼠以及成年小鼠大腦和人類大腦，但一直缺乏對哺乳動物器官發(fā)育過程的全面描述。
在本項研究中，作者首先使用了snATAC-seq技術來描繪小鼠出生前后、跨越11個階段的小腦發(fā)育時期中約90,000個細胞的染色質可及性的景觀（代表CRE的活性），該CRE活性特征圖譜突出了基因調控過程中在細胞水平和時間維度上的特異性，發(fā)現(xiàn)了細胞分化的命運與小腦祖細胞的時空異質性有關。然后，作者將上述snATAC-seq數(shù)據(jù)關聯(lián)脊椎動物基因組進行進化分析，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胞分化導致的。這項研究評估了小鼠小腦基因調控下的發(fā)育和進化動力學，并為哺乳動物器官發(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
